Zr摻雜Ti擴散鈮酸鋰光波導(dǎo)的實驗研究.pdf

1、LiNbO3晶體由于具有優(yōu)異的電光、聲光以及非線性性能而被國內(nèi)外研究人員廣泛研究。該晶體可用于制作各種光波導(dǎo)器件。但該晶體在可見和近紅外波段的光折變效應(yīng)阻礙相關(guān)器件研發(fā)。先前研究發(fā)現(xiàn)僅摻雜2mol％鋯離子濃度的同成份鈮酸鋰晶體就可以有效地抑制光折變效應(yīng)。而且隨著晶體組分接近近化學(xué)計量比，其閾值濃度進(jìn)一步降低至0.085mol%。這種低閾值濃度的抗光折變晶體比傳統(tǒng)高摻鎂（其閾值濃度為5mol%）晶體無疑具有更大的優(yōu)勢。探索制作Zr摻雜鈮酸

2、鋰條形波導(dǎo)并研究該波導(dǎo)的光學(xué)性質(zhì)無疑具有重要的意義。本文致力于鋯摻雜鈦擴散同成份和近化學(xué)計量比鈮酸鋰條形光波導(dǎo)的制作，并對所制作出的光波導(dǎo)的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。該論文的主要研究內(nèi)容和所取得的研究成果包括如下方面。
　　一、首先研究了Zr4+在鈮酸鋰晶體中的擴散特性。利用二次離子質(zhì)譜分析了不同擴散溫度下的Zr4+分布特征。結(jié)果表明，Zr4+在鈮酸鋰晶體中的擴散符合傳統(tǒng)的擴散理論。得到了Zr4+在鈮酸鋰晶體中擴散系數(shù)、激活能、表面濃度

3、等重要特征參數(shù)。此外，還利用棱鏡耦合技術(shù)研究了Zr4+摻雜離子對晶體折射率的影響。結(jié)果顯示，影響相對于Ti4+貢獻(xiàn)小的多，可忽略不計。這些實驗結(jié)果為進(jìn)一步制作鋯摻雜鈦擴散鈮酸鋰晶體（Zr:Ti:LiNbO3）條形光波導(dǎo)提供了重要參考。
　　二、進(jìn)一步開展了同成份Zr:Ti:LiNbO3條形光波導(dǎo)的制作工作。采用先鋯摻雜后 Ti波導(dǎo)制作的兩步方法制作出了初始 Ti條寬度為8μm的同成份Zr:Ti:LiNbO3條形光波導(dǎo)。首先采用雙折

4、射方法對晶體Li組分進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：波導(dǎo)層仍保持同成份組分。進(jìn)一步采用端面耦合技術(shù)對波導(dǎo)的光學(xué)特質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：所制作的光波導(dǎo)在1.5μm波長下支持TE和TM模式單模傳輸，傳輸損耗為6.7db/cm。
　　三、在成功制作出同成份波導(dǎo)的基礎(chǔ)上，采用富鋰氣相輸運（VTE）后處理的方法近一步制作出了近化學(xué)計量比Zr:Ti:LiNbO3條形光波導(dǎo)，并對波導(dǎo)的鋰組分和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示：Li組分為99.6%，接近化學(xué)