PLD法NdLuVO,4、NdGdVO,4光波导薄膜的制备及其性质研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要集成光学是上世纪60年代以来发展起来的-I"1新兴科学，主要研究光波在透明薄膜材料中的传导、调制、偏转、滤波、空间辐射、光振荡、薄膜内强场聚集引起的各种现象以及与此有关的薄膜非线性效应等。集成光学的研究内容非常丰富，但是其根本的基础是光在薄膜中的传播，即光波导。对光信号的所有处理，都必须以光在薄膜中的能够传导为前提。光波导在整个集成光学中具有十分重要的作用。经典的光波导理论主要有两种，一种是线光学理论，这一理论以光的全反射原理为基础，即光在波导中传播时受到上下界面的全反射。光波在波导内沿z字形路径传播。据此推导出介质薄膜波导的色散方程，研究波导膜的传输性质、截

2、止特性、传播常数等性质。这种方法简单、直观。另一种方法是电磁波理论，这一理论从Maxwell电磁波方程出发，通过求解满足一定介质边界条件的Maxwell方程，得到波导中传导模的本征解。所有光波导的实验基础在于光波导薄膜及波导结构的制备。改进实验方法，优化实验条件是提高光波导薄膜质量的关键。脉冲激光沉积法是上世纪80年代后期发展起来的一种新的制膜方法。该方法有许多引人注目的优点。如：易于使膜与靶材的成分基本一致、生长过程中能够原位引入的气体种类较多、容易制备多层膜或异质结、工艺简单、易于控制、灵活性大等，所以，在制备各种薄膜，特别是氧化物薄膜方面具有独特的优势。全固态激光器在科学研究、

3、工业、医学、军事等许多方面有着十分重要的应用。激光晶体是全固体激光器的重要组成部分，与激光玻璃相比。他具有较低的振荡阈值，较容易实现连续运转。激光晶体波导膜是一个崭新的研究领域，探索性能优异的激光晶体波导膜正成为研究热点之一。．钒酸盐晶体如Nd：YV04和Nd：GdV04有着优良的荧光和激光性质，在中小功率泵浦功率下，效率高于Nd：YAG晶体。用Lu3+取代基质晶体中的Y3+或Gd3+，可以提高激光性能。Nd：LuV04和Nd：GdV04晶体具有相同的结构，点群为4／mmm(D4h)，空间群为DI}若一14l／amd。Nd：LuV04和Nd：GdV04晶体均可用提拉法(Czochra

4、lski)生长。该课题以这两种晶体为靶材制各了一系列的光波导薄膜。本文研究了Nd：LuV04和Nd：GdV04光波导薄膜的生长结晶状况、表面形貌、山东大学硕士学位论文薄膜中的主要元素的比例以及发射光强度与有效折射率的关系，并对薄膜的光波导性能做了初步的探索。主要内容包括以下几方面：1．薄膜的生长采用脉冲激光沉积法生长Nd：LuV04和Nd：GdV04光波导薄膜，研究在不同衬底、不同气氛、不同衬底温度、不同氧气压强下对生长的薄膜的质量的影响。找出适宜薄膜生长的气氛、衬底温度、氧气压强等条件。2．结晶状态的研究利用X射线衍射法对不同气氛、不同衬底温度、不同氧气压强下生长的薄膜的生长状态进

5、行了分析，对薄膜的结晶状况、易于生长的方向进行了观察。对薄膜适宜生长的条件做了迸一步验证和分析。3．表面形貌的观察’利用原子力显微镜对生长的薄膜的表面形貌进行了分析，发现表面较为光滑、均匀、无较大的颗粒物。可以用来作为光波导薄膜。4．背散射分析根据背散射图谱对生长的薄膜中的主要元素的比例做了估算，发现薄膜的成分与靶材的成分基本一致，证明了脉冲激光沉积法生长薄膜的主要优势，并为今后制各要求组分薄膜的设计提供了依据。5．效折射率的测量采用棱镜耦合法测量了可能形成的波导模及该模所对应的有效折射率。并对薄膜的光波导性能进行了初步探索和分析。关键词：脉冲激光沉积法光波导薄膜Nd：LuV04Nd

6、：GdV04衬底温度气氛氧压表面形貌有效折射率II山东大学硕士学位论文ABSTRACTIntegratedoptiCSisoneofnewsubjectsbeofwhichhavebeendevelopedinthe1960’S．Themaincontentofintegratedopticsistostudythephenomena，suchastransmission，modulation，deflection，filter,spaceradiation，oscillationandthenonlinearopticaleffectswhichcausedbytheconcen扛

7、afionofstrongelectricfieldwhenlightpropagateintransparentthinsolidfilms．Thecontentofintegratedopticsfireveryabundant，butthefundamentalbaseisthelightCanb∥transmittedinfilms．whichhasbeencalledopticalwaveguide．Itisclearthatopticalwav