Mev重離子注入LiNbO-,3-和KTP波導的制備和研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、激光的出現(xiàn)帶動了光通信,光信息處理與光傳感等各種新技術的發(fā)展。集成光學的出現(xiàn)為光波傳輸和處理提供了理想的波導結構形式。集成系統(tǒng)的基本元件是光波導器件,傳送信號的載波是光導波,對光信號的所有處理,都必須以光在薄膜中能夠傳導為前提,因此光波導在集成光學中起著重要作用。 離子注入可以改變材料的折射率,而基本不改變材料的光電特性,對晶體波導層結構影響小,可以在較低溫度下進行,對注入劑量和深度可以精確控制。由于具有以上優(yōu)點,離子注入成為一

2、種有效的形成光波導的技術。 將電介質鈮酸鋰(LN)、磷酸鈦氧鉀(KTP)等進行離子注入處理,可制成光波導元件,此舉開辟了離子注入技術在集成光學中的應用。通過改變離子注入的能量和注入劑量,能夠控制光波導區(qū)的深度和折射率的大小。 在離子注入形成的波導中,最常用的是H、He等輕離子注入,注入劑量在1016量級,一般形成多模波導。和輕離子注入相比,重離子注入有兩個優(yōu)點,一是離子劑量相當?shù)?,?013到1014之間,這就使注入時間

3、大大縮短,因為重離子能夠在比較低的劑量下就引起比較大的折射率改變;二是Mev級重離子注入形成的位壘在晶體表面下1到1.5μm之間,單模的波導比較容易形成。 人們已經在光學晶體、玻璃、半導體材料等大量的光學材料中形成了光波導結構,其中LN晶體具有極好的光學、鐵電、電光、光折變等性能,廣泛應用于集成光學和光波導器件中。KTP是一種性能優(yōu)良的非線性光學晶體材料,建立在KTP單晶基礎的光波導器件對集成光學將有極大的潛在應用。 我

4、們對Ni2+注入Z切光學拋光的LN晶片的性質做了一些研究。注入離子能量為3MeV,劑量從1×1013ions/cm2到9×1014ions/cm2。其中8×1014ions/cm2劑量的樣品,在632.8nm的波長下形成了位壘型的光波導,我們還觀察了導波模隨退火條件的變化,并首次對退火后的光波導進行了傳輸損耗的測量,退火300℃,30min后,波導損耗從1.65dB/em下降到1.19dB/cm。 我們發(fā)現(xiàn)這些樣品在空氣中退火3

5、00℃,30min后,較低劑量下形成了僅有一個TM模式的增加型的波導,較高的劑量時只有位壘型的波導存在。在注入劑量適當?shù)臉悠防?,觀察到了消失模(missingmode)現(xiàn)象。我們試著解釋了兩種波導在不同情況下形成的原因,還測量了單能量低劑量重離子形成的單模增加型波導損耗大約為3dB/em。可以證明在適當?shù)淖⑷牒屯嘶饤l件下,可以形成基于低劑量離子注入技術的低損耗表面波導器件。 我們還介紹了多能量低劑量的O2+注入LN形成折射率增高

6、型波導的研究,采用波長為632.8nm和1539nm的激光測試了波導的暗模特性。能量為2.0、1.5和1.0Mev,劑量從1.5×1014到4×1014ions/em2的O2+注入LN晶體在632.8nm波長下形成了異常光折射率增高的區(qū)域。采用端面耦合法,記錄了光從波導端面的輸出。我們還研究了更高多能量低劑量下的O2+注入LN晶體形成的波導特性。 關于KTP晶體波導的實現(xiàn)條件我們也有涉及。我們推斷Si+和O2+在KTP晶體中只能

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