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离子注入法与射频溅射法制备光波导的研究

2020-11-23阅读(552)

离子注入法与射频溅射法制备光波导的研究

论文摘要

集成光学器件在实现高速短距离光通讯、宽带光网络、传感器与自动化装置，光学信号处理及光计算中有着重要作用。光波导则是组成集成光路的基本单元。迄今为止，人们已经探索多种方法来制备性能优良的光波导。离子注入技术作为一种成熟的材料表面改性技术已经成功地在多种光学材料上实现了光波导结构。 在离子注入形成的波导结构中，MeV的H和He离子经常被注入光学材料中以实现光波导结构。轻离子注入形成典型的光学位垒型光波导。最近，重离子注入光学晶体材料形成的波导结构受到广泛研究。重离子注入部分光学晶体材料（如铌酸锂（LiNbO3）、掺钕的钒酸钇（Nd：YVO4）、偏硼酸钡（BBO）、砷酸钛氧钾（KTA）等）可以引起表面层折射率增加，从而形成波导区折射率增加型波导结构。利用重离子注入形成光波导表现出独特的优点：与轻离子注入相比，注入剂量可以降低1～3个数量级，可以大大降低制造成本。因此，研究重离子注入光学材料形成的光波导具有潜在应用的重要意义。 氧化锌（ZnO）是一种重要的宽禁带Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料，具有优良的物理及化学性能。ZnO薄膜结构在许多领域具有现实及潜在的应用，如表面声波器件、平面波导、透明电极、紫外光探测器、压电器件、气敏传感器、紫外／蓝紫／蓝光-LED（发光二极管）及激光二极管等。我们用射频磁控溅射法分别在x切及z切LiNbO3衬底上生长了ZnO／MgZnO双层结构。研究了其结构、光学及导波特性。 在本论文主要包括两个方面的工作：（1）离子注入LiNbO3、LiTaO3、SrWO4、BaWO4、Yb：NaGd（WO4）2、KNSBN、Nd：GdVO4及Nd：LuVO4等光学晶体上实现平面光波导结构。基于实验结果，分析了离子注入光波导的波导模式及退火行为，优化了注入参数。用卢瑟福背散射／沟道技术研究了注入引起的损伤分布。对离子注入光学晶体材料折射率增加的形成机理进行了探讨；（2）利用射频磁控溅射技术在x切及z切LiNbO3上制备了ZnO／MgZnO结构，利用X-射线衍射法、扫描电镜法研究了其生长及结构特性，研究了其结构、光学及导波特性。论文主要

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  • 第二章 平面光波导理论简介
  • 2.1 光线在介质界面的反射和折射
  • 2.2 平面光波导理论
  • 2.2.1 平面光波导的线光学理论
  • 2.2.2 平面光波导的电磁场理论
  • 2.3 光波导中的归一化参量
  • 第三章 实验方法
  • 3.1 离子注入技术
  • 3.1.1 离子注入技术简介
  • 3.1.2 加速器工作原理简介
  • 3.2 卢瑟福背散射／沟道分析技术
  • 3.2.1 背散射分析技术简介
  • 3.2.2 卢瑟福背散射分析原理
  • 3.2.3 背散射分析实验
  • 3.2.4 沟道分析技术
  • 3.2.5 背散射分析的优点
  • 3.3 波导光的激励方法
  • 3.3.1 棱镜耦合法
  • 3.3.2 端面耦合法
  • 3.4 光波导中传输损耗的测量
  • 3.4.1 波导光的传输损耗与散射
  • 3.4.2 光波导传输损耗的测量
  • 3.5 平面波导折射率分布拟合方法—反射计算法（RCM）
  • 3.5.1 RCM的基本原理
  • 3.5.2 折射率分布的确定
  • 3.6 射频磁控溅射技术
  • 3.6.1 射频磁控溅射技术简介
  • 3.6.2 射频磁控溅射工作原理简介
  • 3.6.3 射频磁控溅射系统
  • 第四章 高能氟离子注入铌酸锂晶体的平面光波导
  • 4.1 实验过程
  • 4.2 结果与分析
  • 4.3 本章小结
  • 第五章 高能氧离子与氟离子注入钽酸锂晶体的平面光波导
  • 5.1 氧离子注入钽酸锂晶体的平面光波导
  • 5.1.1 实验过程
  • 5.1.2 结果与分析
  • 5.2 氟离子注入钽酸锂晶体的平面光波导
  • 5.2.1 实验过程
  • 5.2.2 结果与分析
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 重离子注入新型钨酸盐晶体的平面光波导
  • 6.1 重离子注入钨酸锶晶体的平面光波导
  • 6.1.1 实验过程
  • 6.1.2 结果与分析
  • 6.2 重离子注入钨酸钡晶体的平面光波导
  • 6.2.1 实验过程
  • 6.2.2 结果与分析
  • 6.3 氧离子注入掺镱的钨酸钆钠晶体的平面光波导
  • 6.3.1 实验过程
  • 6.3.2 结果与分析
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 多能量氦离子注入铌酸锶钡钾钠晶体的平面光波导
  • 7.1 实验过程
  • 7.2 结果和分析
  • 7.3 本章小结
  • 第八章 多能量氧离子注入掺钕的钒酸钆与掺钕的钒酸镥晶体的平面光波导
  • 8.1 实验过程
  • 8.2 结果和讨论
  • 8.3 本章小结
  • 第九章 射频磁控溅射法制备氧化锌光波导
  • 9.1 实验的准备
  • 9.2 实验过程
  • 9.3 结果和讨论
  • 9.4 本章小结
  • 第十章 总结
  • 10.1 主要结果
  • 10.2 主要创新点
  • 附图表目录
  • 攻读博士学位期间发表和投稿的论文以及获得的奖励
  • 致谢
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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