镓扩散铌酸锂晶体光波导的制备及表征

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1、镓扩散铌酸锂晶体光波导的制备及表征FabricationandcharacterizationofGa3+-dopedLiNbO3crystalopticalwaveguides专业学位类别：光学工程作者姓名：任帅指导教师：张德龙教授天津大学精密仪器与电子工程学院二零一七年十二月摘要铌酸锂晶体因其性能比较稳定、透光波段较宽、具有良好的压电效应、铁电效应、热电效应、电光效应、声光效应、光折变效应、光弹效应、非线性光学中的非线性效应等优良的光学性能，且具有数目较多的本征缺陷，而被广泛的应用于光学领域。当今钛扩散铌酸锂晶体光波导的研究比较成熟，但是钛扩散铌酸锂晶体光波导存在光损伤的

2、问题，然而研究表明镓具有抗光折变的特性，并且可以制作条形波导，因此，本文采用铌酸锂晶体做为基底，制作镓扩散条形光波导。本论文主要进行了以下两方面的研究和探讨：（1）Ga:LN单模条形光波导制备与光学表征。实验用Z切同成分双面抛光的铌酸锂为基底，通过电子束蒸发镀膜技术，在其表面制作127±2nm厚，8um宽的Gao2O3条；样品在950C条件下，采用高温扩散工艺处理2小时，成功制作出镓条形光波导；实验表明本文制作的镓条形光波导，在1547nm光源下，可以同时具有TE和TM两种传导模式，实验得到本文的样品传输损耗约为TE模式0.5dB/cm（TM模式1.0dB/cm）。（2）Ti

3、:Ga:Er:LN单模条形光波导的制备和光学特性表征。实验用Z切同成分双面抛光的铌酸锂为基底，采用磁控溅射镀膜工艺，在样品表面沉积18±2nm的铒金属薄膜，并在1600oC高温条件下处理120h；然后，采用磁控溅射镀膜工艺，在其表面制作130±2nm厚、8um宽的Ti条，并在1060oC条件下扩散8h；最后，采用电子束蒸发镀膜工艺，在其表面沉积140±2nm的氧化镓薄膜，并在1060oC条件下扩散1h。在980nm做为泵浦光，1547nm做为信号光的条件下，放大实验获得信号增强因子随泵浦功率的实验关系，同Ti:Er:LN相比，实验结果表明镓掺杂有效地提高了光波导的抗光折变能力

4、。关键词：铌酸锂晶体，内扩散，光波导，模场IIIABSRACTLithiumniobatecrystalhasstableperformance,widebandwidth,goodpiezoelectric,ferroelectric,thermoelectric,electro-optic,acousto-optic,photorefractive.photo-elasticandnonlinearopticalproperties.Duetoitsexcellentopticalperformanceandintrinsicdefects,itiswidelyappli

5、edinopticsfield.Inrecentyears,therearemanyreportsabouttheopticalwaveguideswithTi-diffusioninthelithiumniobatecrystal,butitsusagefieldislimitedforitslowphotodamagethreshold.TheGa3+-dopednotonlyhasthephotorefractiveresistanceability,butalsoisusedtofabricatethegalliumoxide(Ga2O3)waveguide.Sowe

6、successfullyfabricatethegallium-diffusedopticalwaveguideonLiNbO3substrate.Themainresearchhasbeenfollowedinthispaper.(1)ThefabricationandopticalcharacterizationoftheSingle-modegallium-diffusedchannelwaveguide.ThewaveguideisfabricatedbydepositingaGa2O3filmofthickness127±2nmonasubstrateofdimen

7、sions15*10*0.5mm.Thediffusionprocessisthenperformedat950oCfor2h.ThestudydemonstratesthewaveguidesupporttheTEmodeandtheTMmodeat1547nm.Thepropagationlossis0.5dB/cmforTE(1.0dB/cmforTM).(2)ThefabricationandopticalcharacterizationoftheSingle-modeTi:Ga:Er:LNch