论文部分内容阅读
Li Nb O3晶体由于具有优异的电光、声光以及非线性性能而被国内外研究人员广泛研究。该晶体可用于制作各种光波导器件。但该晶体在可见和近红外波段的光折变效应阻碍相关器件研发。先前研究发现仅掺杂2mol%锆离子浓度的同成份铌酸锂晶体就可以有效地抑制光折变效应。而且随着晶体组分接近近化学计量比,其阈值浓度进一步降低至0.085mol%。这种低阈值浓度的抗光折变晶体比传统高掺镁(其阈值浓度为5mol%)晶体无疑具有更大的优势。探索制作Zr掺杂铌酸锂条形波导并研究该波导的光学性质无疑具有重要的意义。本文致力于锆掺杂钛扩散同成份和近化学计量比铌酸锂条形光波导的制作,并对所制作出的光波导的光学性质进行了表征。该论文的主要研究内容和所取得的研究成果包括如下方面。一、首先研究了Zr4+在铌酸锂晶体中的扩散特性。利用二次离子质谱分析了不同扩散温度下的Zr4+分布特征。结果表明,Zr4+在铌酸锂晶体中的扩散符合传统的扩散理论。得到了Zr4+在铌酸锂晶体中扩散系数、激活能、表面浓度等重要特征参数。此外,还利用棱镜耦合技术研究了Zr4+掺杂离子对晶体折射率的影响。结果显示,影响相对于Ti4+贡献小的多,可忽略不计。这些实验结果为进一步制作锆掺杂钛扩散铌酸锂晶体(Zr:Ti:Li Nb O3)条形光波导提供了重要参考。二、进一步开展了同成份Zr:Ti:Li Nb O3条形光波导的制作工作。采用先锆掺杂后Ti波导制作的两步方法制作出了初始Ti条宽度为8μm的同成份Zr:Ti:Li Nb O3条形光波导。首先采用双折射方法对晶体Li组分进行了表征,结果表明:波导层仍保持同成份组分。进一步采用端面耦合技术对波导的光学特质进行了表征。结果表明:所制作的光波导在1.5μm波长下支持TE和TM模式单模传输,传输损耗为6.7db/cm。三、在成功制作出同成份波导的基础上,采用富锂气相输运(VTE)后处理的方法近一步制作出了近化学计量比Zr:Ti:Li Nb O3条形光波导,并对波导的锂组分和光学性质进行了表征。结果显示:Li组分为99.6%,接近化学计量。所制作的光波导在1.5μm波长下支持TE和TM模式单模传输,传输损耗分别为7.7db/cm和7.5db/cm。依据所采用的扩散条件,所得Zr4+扩散系数以及质量守恒定律,估算了同成份和近化学计量比波导模场1/e强度处的Zr浓度分别为2.4mol%和1.0mol%,均高于各自的阈值浓度2.0mol%和0.085mol%。本论文所取得的研究成果为进一步器件的制作奠定了基础。