用于集成光學(xué)的稀土摻雜的鈮酸鋰晶體的制備

1、 用于集成光學(xué)的稀土摻雜的鈮酸鋰晶體的 用于集成光學(xué)的稀土摻雜的鈮酸鋰晶體的制備 制備 Fabrication of rare-earth-doped LiNbO3 crystal for Integrated Optics 學(xué)科專業(yè)：光學(xué)工程 研 究 生：張文柱 指導(dǎo)教師：張德龍 教授 天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院 二零一二年十二月 摘 要 稀土摻雜鈮酸鋰晶體（Rare-earth-doped LiNbO3）不但具有鈮酸鋰晶體的良

2、好的電光、聲光、非線性特性，而且具有稀土離子的激光特性，所以它是集成光學(xué)中光有源波導(dǎo)器件基底的理想材料。 本文研究了 Tm3+在同成份鈮酸鋰晶體的擴散特性以及 Tm3+摻雜對鈮酸鋰晶體基底的折射率影響以及 Li2O 組份的影響。 以若干 X 切和 Z 切同成份鈮酸鋰為基片， 分別鍍上 15-31nm 的 Tm 膜， 之后分別在 1030-1130℃溫度下熱擴散 20-70小時。熱擴散之后，在 1311 和 1553nm 波長下對晶體表面

3、鍍過 Tm3+和沒有鍍過Tm3+的部分分別進行折射率測量進而得到晶體表面的 Li2O 組份。結(jié)果顯示，和Ti4+摻雜相比，Tm3+摻雜對鈮酸鋰晶體折射率變化的影響非常小的。鈮酸鋰晶體表面鍍過 Tm3+和沒有鍍過 Tm3+的部分 Li2O 組份是相同的。Li 外擴主要由擴散溫度決定。在 1100℃下，Li 外擴并不嚴(yán)重。而在 1130℃,30h 的擴散使鈮酸鋰晶體 Li2O 組份減小了 0.2-0.3 mol%。利用二次離子質(zhì)譜對 Tm3

4、+分布及其擴散性進行研究。結(jié)果顯示，擴散的 Tm3+離子呈余誤差函數(shù)，通過計算獲得了 Tm3+在鈮酸鋰晶體中的擴散系數(shù)、擴散常數(shù)、激活能、溶解度、溶解度常數(shù)、溶解熱這些參數(shù)。 本文同時研究了 Tm3+和 Er3+共摻在同成份鈮酸鋰晶體的擴散特性以及 Tm3+和 Er3+共摻對鈮酸鋰晶體基底的折射率影響以及 Li2O 組份的影響。利用和前文相同的研究方法，以若干 X 切和 Z 切同成份鈮酸鋰為基片，先后鍍上 20-40nm的 Tm 膜和

5、Er 膜， 之后分別在 1030-1130℃溫度下熱擴散 20-70 小時。 結(jié)果顯示，和 Ti4+摻雜相比，Tm3+和 Er3+摻雜對鈮酸鋰晶體折射率變化的影響非常小的。Li外擴主要由擴散溫度決定。利用二次離子質(zhì)譜對 Tm3+和 Er3+分布及其擴散性進行研究，獲得了 Tm3+和 Er3+離子在鈮酸鋰晶體中的擴散系數(shù)、擴散常數(shù)、激活能、溶解度、溶解度常數(shù)、溶解熱這些參數(shù)。 通過所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果可以為將來制備稀土摻雜有源光波導(dǎo)器件提供參