铌酸锂晶体(LiNbO3,LN)在电光开关、光波导、激光器和信息存储等领域应用非常广泛,逐渐发展成为支撑集成光学器件的优秀候选材料。目前,基于铌酸锂晶体的光子学结构制备吸引了越来越多的目光,大多数的光子结构是通过复杂且费时费力的光刻和金属掩膜技术实现的。然而,最近一些研究表明光辅助技术能够制备出一些简单的光子结构,比如光控铌酸锂表面电畴反转和光化学银沉积等。本论文以此为基础,提出利用光波对铌酸锂晶体的质子交换和化学腐蚀进行具有区域选择性的控制,实现了表面光子学微结构的制备。首先,温度和时间是影响质子交换的两个重要因素,本论文系统地做了不同温度和交换时间的质子交换实验,然后对交换后的样品进行红外吸收和红外变角度反射光谱测试分析。随着交换温度的升高和交换时间的延长,晶体内OH-吸收峰的峰强逐渐变强,而且OH-吸收带会有明显的蓝移现象。通过分析质子交换后样品在不同入射角的反射光谱,我们可以得出质子交换近表层的晶体结构。其次,Y切向、Z切向的掺铁铌酸锂晶体在455 nm的激光辐照下,均成功地在晶体表面实现了选择性质子交换。本论文采用独立式傅里叶变换红外显微光谱仪来分析样品表面的二维和三维质子浓度的空间分布,结果显示激光辐照区域OH-吸收峰强,质子浓度高。此外,我们通过显微镜对比观察晶体+Z面和-Z面的腐蚀形貌,发现晶体的+Z面比-Z面更容易被腐蚀,这一现象与传统的铌酸锂腐蚀行为(+Z面抑制腐蚀)完全相反,当激光辐照铌酸锂样品时,质子更容易与+Z表面的锂离子进行交换。通过实验,我们提出了光控质子交换和光致化学腐蚀的机理:在热效应和光生伏打场的共同作用下,晶体内部电子空穴对分离,沿晶体的Z轴方向产生内场,在此内场的作用下,电子向晶体的+Z面运动,而正电荷被束缚在-Z面。然后+Z表面大量的电子捕获酸液里质子进行电荷补偿,结果加速了质子交换和后续的化学腐蚀过程,而-Z表面的正电荷排斥酸液里的质子,导致-Z面腐蚀抑制。