Mev重離子注入LiNbO-,3-和KTP波導(dǎo)的制備和研究.pdf

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(shù)的發(fā)展。集成光學(xué)的出現(xiàn)為光波傳輸和處理提供了理想的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式。集成系統(tǒng)的基本元件是光波導(dǎo)器件，傳送信號的載波是光導(dǎo)波，對光信號的所有處理，都必須以光在薄膜中能夠傳導(dǎo)為前提，因此光波導(dǎo)在集成光學(xué)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(dǎo)層結(jié)構(gòu)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(dǎo)的技術(shù)。 將電介質(zhì)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(dǎo)元件，此舉開辟了離子注入技術(shù)在集成光學(xué)中的應(yīng)用。通過改變離子注入的能量和注入劑量，能夠控制光波導(dǎo)區(qū)的深度和折射率的大小。 在離子注入形成的波導(dǎo)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(dǎo)。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(dāng)?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(dǎo)比較容易形成。 人們已經(jīng)在光學(xué)晶體、玻璃、半導(dǎo)體材料等大量的光學(xué)材料中形成了光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中LN晶體具有極好的光學(xué)、鐵電、電光、光折變等性能，廣泛應(yīng)用于集成光學(xué)和光波導(dǎo)器件中。KTP是一種性能優(yōu)良的非線性光學(xué)晶體材料，建立在KTP單晶基礎(chǔ)的光波導(dǎo)器件對集成光學(xué)將有極大的潛在應(yīng)用。 我

4、們對Ni2+注入Z切光學(xué)拋光的LN晶片的性質(zhì)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(dǎo)，我們還觀察了導(dǎo)波模隨退火條件的變化，并首次對退火后的光波導(dǎo)進行了傳輸損耗的測量，退火300℃，30min后，波導(dǎo)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(dǎo)，較高的劑量時只有位壘型的波導(dǎo)存在。在注入劑量適當(dāng)?shù)臉悠防铮^察到了消失模(missingmode)現(xiàn)象。我們試著解釋了兩種波導(dǎo)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(dǎo)損耗大約為3dB/em?？梢宰C明在適當(dāng)?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(shù)的低損耗表面波導(dǎo)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(dǎo)的研究，采用波長為632.8nm和1539nm的激光測試了波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)特性。 關(guān)于KTP晶體波導(dǎo)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