铌酸锂（LiNbO3,LN）由于具有宽透光波段、低本征吸收等特点,并且有着优良非线性光学系数和电光系数,因此被视为光子集成芯片的重要候选材料之一。LiNbO3的三阶非线性性质,非线性折射率n2和非线性吸收系数β,在强光照射下会显著影响光电器件的性能,是LiNbO3非常重要的光学参数。可集成光电器件设计与制备通常需要LiNbO 3薄膜,而在LiNbO3薄膜生长过程中往往伴随着原子组分的偏离与结晶结构的差异,这样会显著影响LiNbO3薄膜的三阶非线性性质,进而影响基于LiNbO3薄膜的光电器件。因此,对于LiNbO3薄膜的三阶非线性光学性质研究具有重要意义和价值。目前,有关LiNbO3薄膜原子组分对于其三阶光学非线性影响的研究较为缺乏。本论文运用磁控溅射方法制备LiNbO3薄膜,并在700℃不同气氛中退火处理,最终得到不同组分与结晶的LiNbO3薄膜样品,对样品进行各种材料表征,并利用Z扫描技术对样品进行三阶非线性光学性质研究,得到其非线性折射率与非线性吸收系数。主要具体工作如下:（1）运用磁控溅射技术在室温下制备了非晶态LiNbO3薄膜,对薄膜在氩气氛围中于700℃温度下进行退火处理,得到多晶的LiNbO3薄膜。运用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）、拉曼光谱仪测试（Raman）等方法确定了 LiNbO3薄膜的结晶状态及元素组成。运用光学线性透过率测试（Transmission）、椭偏仪测试（n&K）、Z-scan等测量方法,对其线性光学性质及三阶非线性光学性质进行了研究。XPS检测数据显示,薄膜为富铌LiNbO3薄膜;线性透过率（Transmission）测试结果经计算得到氩气退火薄膜带隙（Eg）为4.05 eV,相对于室温薄膜带隙（Eg）3.84 eV,表明退火处理过程薄膜的结晶导致带隙升高。在近红外波长1064 nm,脉冲持续时间25 ps条件下,Z-scan结果表明室温LiNbO3薄膜和氩气氛围退火处理的LiNbO3薄膜均表现出反向饱和吸收特性和自聚焦效应。通过计算得到室温非晶态LiNbO3薄膜的非线性折射率n2和非线性吸收系数β,分别为1.44 × 10-11 cm2/W和1.94×10-7 cm/W,氩气退火结晶态LiNbO3薄膜的n2与β分别为1.52 × 10-11 cm2/W和3.34×10-7 cm/W,表明氩气退火处理的LiNbO3薄膜的非线性相较于室温LiNbO3薄膜有了增强。薄膜的非线性极化率χ（3）约为10-10 esu,与文献报道的LiNbO3单晶的非线性极化率χ（3）约为10-13 esu相比,大3个量级。（2）对室温下制备的非晶LiNbO3薄膜在氧气氛围中于700℃温度下进行退火处理,得到多晶态氧气退火的LiNbO3薄膜。线性透过率（Transmission）测试结果经计算得到退火薄膜带隙（Eg）为4.08 eV,相对于室温薄膜带隙（Eg）3.83 eV,同样表明退火处理过程薄膜的结晶导致带隙升高。Z-scan结果表明室温LiNbO3薄膜和氧气氛围退火处理的LiNbO3薄膜均表现出反向饱和吸收特性和自聚焦效应,通过计算,氧气退火结晶态LiNbO3薄膜的n2与β分别为1.57 × 10-11 cm2/W和3.68 × 10-7 cm/W,表明氧气退火处理的LiNbO3薄膜的非线性相较于室温LiNbO3薄膜有了增强。富Nb原子从理论上讲,可以增强LiNbO3薄膜的非线性折射率。同时,氧气退火薄膜中可能还有较多的Nb-O键,过渡金属元素Nb未占据d轨道的电子态可能也对LiNbO3的非线性折射产生了一定的影响。综上,LiNbO3薄膜的结晶状态、入射光波长λ、脉冲持续时间、光强、不同元素或者离子的掺杂以及原子间的键合作用均会对薄膜的三阶非线性性质产生显著影响,进而对片上光子器件的应用产生影响。（3）我们基于LiNbO3的电光效应,利用石墨烯作透明电极,设计了一种共振波导光栅结构的电光开关。我们使用Comsol软件进行数值模拟计算,实现了 1550 nm波长下电光开关的计算与调控,外加电压从0到10 V可实现器件透过率从0到60%的可调。