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钒酸盐晶体与薄膜的生长、结构及性能研究

2020-11-23阅读(463)

钒酸盐晶体与薄膜的生长、结构及性能研究

论文摘要

随着近代科学技术的发展，在光学、激光和电子学技术的基础上，人们正在开拓光电子学的一个新领域—集成光学。所谓集成光学，简单说来，就是在光波段把相干光波的振荡、放大、传输、耦合、变频、调制等功能组合在一起，实现光学器件和回路的集成化、小型化。在光集成回路中，光波在波导介质中传播，可以方便地利用波导的各种特性对光波进行处理。作为光集成回路基本构件的介质波导，目前主要有薄膜和纤维两种形式，前者多用于集成回路，后者多用于长距离传输。与体块晶体相比，波导结构的激光薄膜材料具有低的阈值，高的震荡效率，易于集成等优点，因此，人们对薄膜光波导材料给予了极大的关注。 光波导材料实验研究的基础是波导结构的制备，改进实验方法、优化实验条件是提高光波导薄膜质量的关键。本论文在新型激光晶体YbVO4与Er：YbVO4的生长、结构分析及其热学性能研究的基础上，采用PLD薄膜制备技术，在不同的衬底材料上，成功地制备了一系列钒酸盐（Nd：GdVO4、Nd：LuVO4、Nd：YVO4、YbVO4及Er：YbVO4）的波导薄膜，并利用多种测试手段表征了薄膜，论文主要内容包括： 1．经典光波导理论概述。介绍了薄膜波导理论基本概念和术语，包括传导模的性质、导模、传播常数、导模截止等。对制备的光波导薄膜，采用台阶仪、卢瑟福背散射（RBS）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（X-ray）、扫描电镜（SEM）、高分辨扫描电镜（HRSEM）、原子力显微镜（AFM）以及棱镜耦合等技术研究其特性。 2．YbVO4与Er：YbVO4的生长、结构分析及其热学性能研究。生长了高光学质量YbVO4与Er：YbVO4单晶；采用浮力法测得YbVO4晶体密度为6.233 g／cm3；测量了YbVO4晶体的热膨胀系数为α1=2.1×10-6/K，α3=8.3×10-6/K（298.15～573.15K）；在330K时，YbVO4晶体的比热为0.37J g-1K-1(25.47cal mol-1K-1)：室温下，YbVO4晶体沿<100>方向的热导率为3.90W／m·K，<001>方向的热导率为5.09 W／m·K。 3．Nd：GdVO4光波导薄膜的制备、结构和性质

论文目录

  • 目录
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 集成光学概述
  • 1.2 光波导的研究背景及应用
  • 1.3 薄膜光波导的研究进展
  • 1.4 薄膜光波导的制备方法
  • 1.5 脉冲激光沉积（PLD）法简介
  • 1.5.1 PLD技术的制膜机理
  • 1.5.2 PLD技术的特点
  • 1.6 本论文工作的目的和意义
  • 1.7 本论文的研究工作
  • 参考文献
  • 第二章 薄膜光波导理论及测试方法简介
  • 2.1 线光学理论
  • 2.1.1 光线在介质界面的反射和折射
  • 2.1.2 薄膜波导结构及光的传导模式
  • 2.1.3 平面介质波导中的导波
  • 2.2 测试方法简介
  • 2.2.1 台阶仪
  • 2.2.2 卢瑟福背散射分析技术（RBS）简介
  • 2.2.3 X射线光电子能谱（XPS）分析
  • 2.2.4 扫描电子显微镜（SEM）
  • 2.2.5 原子力显微镜（AFM）简介
  • 2.2.6 棱镜耦合法
  • 2.2.7 X射线衍射
  • 参考文献
  • 4与Er：YbVO4晶体的生长及性能研究'>第三章 YbVO4与Er：YbVO4晶体的生长及性能研究
  • 3.1 引言
  • 4原料的合成'>3.2 YbVO4原料的合成
  • 3.2.1 固相合成法
  • 3.2.2 液相合成法
  • 4晶体'>3.3 提拉法生长YbVO4晶体
  • 3.3.1 温场设计原则
  • 3.3.2 生长方法及装置
  • 4晶体的提拉生长'>3.3.3 YbVO4晶体的提拉生长
  • 3.4 晶体的结晶学性质
  • 4的基本物理性质'>3.5 YbVO4的基本物理性质
  • 3.5.1 密度的测量
  • 3.5.2 热膨胀系数的测定
  • 3.5.3 比热的测定
  • 3.5.4 热导率测量
  • 3.6 本章小结
  • 参考文献
  • 4光波导薄膜的制备及其特性研究'>第四章 Nd：GdVO4光波导薄膜的制备及其特性研究
  • 4.1 选取衬底
  • 4薄膜波导的制备'>4.2 Nd：GdVO4薄膜波导的制备
  • 4.3 薄膜的结构
  • 4.3.1 RBS技术分析结果
  • 4.3.2 X射线衍射分析
  • 4.3.3 AFM分析结果
  • 4.3.4 SEM分析结果
  • 4.4 薄膜的波导性能研究
  • 4.4.1 有效折射率的测量
  • 4.4.2 波导性能测试
  • 4.5 本章小结
  • 参考文献
  • 4光波导薄膜的制备及其特性研究'>第五章 Nd：LuVO4光波导薄膜的制备及其特性研究
  • 5.1 选取靶材和衬底
  • 2及石英玻璃为衬底制备Nd：LuVO4薄膜'>5.2 以n（100）Si／SiO2及石英玻璃为衬底制备Nd：LuVO4薄膜
  • 5.2.1 RBS技术分析结果
  • 5.2.2 X射线衍射分析
  • 5.2.3 AFM分析结果
  • 5.2.4 SEM分析结果
  • 5.2.5 波导的特性研究
  • 4薄膜'>5.3 以（006）蓝宝石及（001）LGS为衬底制备Nd：LuVO4薄膜
  • 4薄膜样品制备'>5.3.1 Nd：LuVO4薄膜样品制备
  • 4薄膜样品分析'>5.3.2 Nd：LuVO4薄膜样品分析
  • 5.3.3 波导的特性研究
  • 5.4 本章小结
  • 参考文献
  • 4光波导薄膜的制备及其特性研究'>第六章 Nd：YVO4光波导薄膜的制备及其特性研究
  • 4薄膜样品'>6.1 制备Nd：YVO4薄膜样品
  • 4样品分析'>6.2 Nd：YVO4样品分析
  • 6.3 样品的波导性能研究
  • 6.4 本章小结
  • 参考文献
  • 4及Er：YbVO4光波导薄膜的制备及其特性研究'>第七章 YbVO4及Er：YbVO4光波导薄膜的制备及其特性研究
  • 4及Er：YbVO4薄膜'>7.1 以（006）蓝宝石为衬底制备YbVO4及Er：YbVO4薄膜
  • 7.1.1 X射线衍射分析
  • 7.1.2 AFM分析结果
  • 7.1.3 波导的特性研究
  • 2为衬底制备YbVO4及Er：YbVO4薄膜'>7.2 以Si／SiO2为衬底制备YbVO4及Er：YbVO4薄膜
  • 7.2.1 X射线衍射分析
  • 7.2.2 HRSEM断面分析
  • 7.2.3 AFM分析结果
  • 7.2.4 波导的特性研究
  • 7.3 本章小结
  • 参考文献
  • 第八章 主要结论及有待进一步开展的工作
  • 8.1 主要结论
  • 8.2 主要创新点
  • 8.3 有待进一步开展的工作
  • 攻读博士期间发表的学术论文
  • 致谢
  • 学位论文评阅及答辩情况表

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