Главная » 2014 » Август » 23 » Скачать Протонообменные световодные структуры в кристаллах ниобата лития различного состава. Фролова, Марина Викторовна бесплатно
6:29 AM
Скачать Протонообменные световодные структуры в кристаллах ниобата лития различного состава. Фролова, Марина Викторовна бесплатно
Протонообменные световодные структуры в кристаллах ниобата лития различного состава
Диссертация
Автор: Фролова, Марина Викторовна
Название: Протонообменные световодные структуры в кристаллах ниобата лития различного состава
Справка: Фролова, Марина Викторовна. Протонообменные световодные структуры в кристаллах ниобата лития различного состава : диссертация кандидата технических наук : 05.27.06 Москва, 2006 118 c. : 61 07-5/1256
Объем: 118 стр.
Информация: Москва, 2006
Содержание:
1 Общая характеристика работы Введение Сиисок сокращений
Глава
I Протонообменные световодные структуры в кристаллах ниобата лития различного состава
11 Материалы интегральной оптики
12 Основные физические свойства сегнетоэлектрических кристаллов LiNbOs
13 Дефектная структура LiNbO
14 Сегнетоэлектрические свойства
15 Кристаллическая структура
16 Оптические свойства
17 Оптическое пропускание
18 Диэлектрические свойства
19 Основные методы формирования волноводов в кристаллах ниобата лития
110 Титан-диффузионные волноводы
111 Протонообменные световоды в кристаллах ниобата лития
112 Структурно-фазовые диаграммы протонообменных волноводов для Z-, Х- и Y-срезов кристаллов ниобата лития конгруэнтного состава
113 Особенности прямого протонного обмена
114 Влияние отл<ига
115 Явление оптического повреждения Методы получения MgO:LiNbO3 Методы получения кристаллов ниобата лития стехиометрического состава
116 Метод Чохральского с двойным тиглем
117 Получение кристаллов ниобата лития выращенных из расплава с примесью КгО
Выводы к главе
Глава
II Методы исследования параметров и свойств протонообмениых световодных структур
21 Г Волноводно-оптический метод (метод модовой спектроскопии)
22 Восстановление профилей показателя преломления в волноводных поверхностных слоях
23 Кусочно-линейная анпрокеимация профиля показателя преломления
24 Аппроксимация обобщеной функцией Гаусса
25 Метод двукристальной рентгеновской дифрактометрии
26 Методика определения химического состава
27 Метод измерения спектров ИК-поглощення, УФ и видимого диапазона
28 Измерения нелинейно-оптпческнх свойств
29 Методики измерений оеновных параметров многофункционального интегрально-оптического элемента
Выводы к главе
Глава
III Структурные и оптические свойства протонообменных световодов в кристаллах ниобата лития стехиометричеекого состава
Выводы к главе
Глава
IV Структурные и оптические евойства протонообменных световодов в MgO-легированных кристаллах ниобата лития
41 Формирование н исследование нротонообменных световодов в кристаллах MgO:LiNbO
42 Экспериментальные результаты и их обсуждение
43 Генерация второй гармоники в MgO:HxLiixNbO3 волноводах
44 Формирование одномодовых на длине волны
45 мкм протонообменыых волноводов в кристаллах MgO:LiNbO
46 Разработка и создание многофункциоиального интегрально-оптического элемента
47 Электрооитический модулятор Маха Цандера
Выводы к главе
Заключение и основные выводы Литература
Введение:
Общая характеристика работы Актуальность работы. Сегнетоэлектрические кристаллы ниобата лития (LiNbO3) являются основными материалами современной интегральной оптики и акустоэлектроники. Это обусловлено, прежде всего, высокими значениями электро-, акусто- и нелинейно-оптических коэффициентов, а также отлаженностью технологий их промышленного роста и производства пластин большого диаметра (до 100 мм). В последние годы на этих кристаллах реализован целый класс функциональных и цифровых интегрально-оптических схем (ИОС), таких как переключающие матрицы, анализаторы спектра, СВЧ фазовые и амплитудные модуляторы, а также целый класс датчиков физических величин, прежде всего датчиков перемещения. Использование высоких нелинейно-оптических свойств этих кристаллов позволило реализовать волноводпые устройства преобразования частоты, такие как устройства генерации второй гармоники, сложения и вычитания частот, а также параметрические генераторы света для создания излучателей синего и зеленого волноводных света, а также перестраиваемых ИК излучения. Путем в широком диапазоне включения ионов лазеров локального редкоземельных и переходных металлов в кристаллы ниобата лития реализованы волноводные лазеры. Интеграция излучателя и электро-, акусто- и нелинейнооптических элементов на единой подложке позволяет создавать ИОС по своим функциональных характеристикам превосходящие современные электронные интегральные схемы [1]. Одним из наиболее перспективных методов формирования поверхностных слоев в кристаллах пиобата лития, обладающих оптическими и акустическими волноводными достоинствами свойствами, является протонный обмен. Важнейшими являются: и преимуществами протонообменной технологии проведение процессов при низких температурах и атмосферном давлении; низкая стоимость и доступность технологического оборудования; относительная простота технологических операций; высокая интенсивность процессов и возможность создания высокоэффективных ИОС. До последнего времени под кристаллами ниобата лития понимались кристаллы LiNbO3 конгруэнтного состава. Именно такие кристаллы используются при промышленном производстве интегральнооптических элементов и схем.последние несколько лет появились технологии получения стехиометрических LiNbO3 и кристаллов, легированных рядом оксидов, прежде всего MgO. Такие кристаллы характеризуются фоторефрактивной чувствительностью, существенно более низкой увеличить что позволяет существенно рабочие мощности излучения, а также более высокими электро-онтическимим свойствами. Работы по исследованию световодных структур в таких кристаллах находятся в зачаточном состоянии. Это и онределяет актуальность работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование процесса протонообменного формирования световодов в кристаллах ниобата лития стехиометрического состава и легированных оксидом магния, а таюке реализация на их основе ряда интегрально-оптических устройств, элемента для в том числе многофункционального интегрально-оптического волоконно-оптических гироскопов. высокоточных Основные задачи, определяемые целями работы: Разработка н исследование особенностей технологического ироцесса формирования нланарных протонообмеиных волноводов в кристаллах ниобата лития стехиометрического состава и легированных 5% оксида магния. Определение взаимосвязи ниобата структурных лития и оптических свойств состава в и протонообменных слоях стехиометрического легированного оксидом магния и объяснение полученных закономерностей. Исследование квадратичных нелинейно-оитических свойств протонообмеиных слоев в кристаллах ниобата лития легированного оксидом магния. Разработка и оптимизация на технологических волны параметров мкм ироцесса канальных формирования одиомодовых длине 1.55 протонообменных волноводов в кристаллах ниобата лития конгруэнтного состава и легированных 5% оксида магния с низкими потерями, высокой эффективностью связи с оптоволокном и электрооптическими свойствами близкими к исходному ниобату лития.Реализация на основе конгруэнтных и легированных оксидом магния кристаллов ниобата лития ряда интегрально-онтических элементов, таких как: многофункциональный интегрально-онтический элемент и электрооптический модулятор Маха Цандера. Научная новизна диссертационной работы: Впервые установлены фундаментальные закономерности взаимосвязи изменения кристаллической структуры и показателя преломления в протонообменных волноводах в кристаллах ниобата лития стехиометрического состава и легированных оксидом магния. Построена структурно-фазовая диаграмма протонообменных слоев ниобата лития легированного оксидом магния, знание которой, позволяет выбирать оптимальные технологические режимы формирования ионообменных структур для создания интегрально-оптических элементов с требуемыми свойствами. Впервые исследованы квадратичные нелинейно-оптические свойства протонообменных волноводах в легированных оксидом магния кристаллах ниобата лития. Предложены и разработаны процессы формирования планарных нротонообменных волноводных слоев в кристаллах ниобата лития легированных оксидом магния с электро- и нелинейно-оптическими свойствами близкими к номинально чистому ниобату лития. Разработан технологический процесс формирования одномодовых на длине волны 1.55 мкм канальных протонообменных волноводов в кристаллах ниобата лития легированных оксидом магния с низкими потерями, высокой эффективностью связи с оптическим волокном и электрооптическими свойствами близкими к исходному ниобату лития, что позволило реализовать ряд интегрально-оптических элементов. Практическая ценность результатов работы состоит в том, что работа выполнялась в рамках проекта по разработке элементной базы волоконнооптического гироскопа, в частности по созданию многофункционального ниобата лития интегрально-оптического элемента на подложках криеталла различного состава, выполняющего функции Y-разветвителя, поляризатора и фазового модулятора оптического излучения. Наиболее практически валсные результаты работы следующие: 1. Разработана изготовления и внедрена в промышленное производство технология элемента многофункционального интегрально-оптического (МИОЭ) на длине волны 1.55 мкм для волоконно-оптического гироскопа. 2. Разработана модулятор технология Маха-Цандера изготовления и реализован 1.55 электрооптический амплитудных на длине волны мкм для модуляторов лазерного излучения и датчиков электрического поля. Научные положения., выносимые на защиту: 1. Закономерности и особенности процесса нротонного обмена и послеобменного отжига в кристаллах ниобата лития стехиометрического Сруктурно-фазовая состава и легированного оксидом магния. диаграмма протонообменных слоев в кристаллах ниобата лития легированных оксидом магния. 2. Квадратичные нелинейно-оптические свойства протонообменных слоев в кристаллах ниобата лития легированных оксидом магния. 3. Технологический процесс на базе метода отожженного протонного обмена, для получения одномодовых на длине волны 1.55 мкм канальных волноводов в кристаллах ниобата лития легированных оксидом магния с низкими потерями и высокой эффективностью связи с оптоволокном. 4. Технология изготовления интегрально-оптических схем, для таких как многофункциональный интегрально-оптический элемент волоконно- оптического гироскопа и электрооптический модулятор Маха-Цаидера. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: 1. Четвертая Международная научно-техническая конференция "Электроника и информатика-2002", Москва, 19-21 ноября 2002 г. 2. 11th European Conference on Integrated Optics, April 2-4, 2003, Prague, Czech Republic.Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2003", Москва, 23,24 апреля 2003 г. 4. Одиннадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2004", Москва, 21-23 апреля 2004 г. 5. Одиннадцатая международная конференция студентов, асннрантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2004", Москва, 13 апреля 2004 г. 6. Одиннадцатая международная конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электроника и энергетика", Москва, 1,2 марта 2005 г. 7. 12th European Conference on Integrated Optics, April 6-8, 2005, Grenoble, France. 8. Двенадцатая международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2005", Москва, 13 апреля 2005 г. 9. Двенадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспнрантов "Микроэлектроника и информатнка-2005", Москва, 19-21 апреля 2005 г. 10. Всероссийская конференция инновационных проектов аспирантов и студентов "Индустрия наносистем и материалы", Москва, 16,17 ноября 2005 г. П. International Symposium on "Micro- and nano-scale domain structuring in ferroelectrics", November 15-19, 2005, Ekaterinburg, Russia. 12. Пятая международная научно-техническая конференция "Электроника и информатика-2005", Москва, 23-25 ноября 2005 г. 13. 9th International Symposium on "Ferroic Domains and Micro- to Nanoscopic Structures", June 26-30, 2006, Dresden, Germany. 14. Всероссийская конференция инновационных проектов аспирантов и студентов "Индустрия наноснстем и материалы", Москва, 26-29 сентября 2006 г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе; статья в журнале «Известия ВУЗов, серия Электроника.», статья в "Journal of Applied Physics", a также в материалах (статьи и тезисы докладов) российских и международных конференций. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов но работе, содержит 117 страниц машинонисного текста, включая 2 таблицы, 56 рисунков и СПИСОК_ЛИТЕРАТУРЫ в количестве 88 наименований. 10 Введение В настоящее время ниобат лития (LiNbOs) является материалом широко применяемым в современной интегральной оптике благодаря своим высоким электро-, акусто- и нелинейно-онтическим свойствам. В последние годы на этом кристалле реализован целый класс функциональных и цифровых интегральнооптических схем (ИОС), таких как переключающие матрицы, анализаторы спектра, СВЧ фазовые и амплитудные модуляторы, а также целый класс датчиков физических величин, нрежде всего датчиков перемещения. Использование высоких нелинейно-оптических свойств этих кристаллов позволило реализовать волноводные устройства преобразования частоты, такие как устройства генерации второй гармоники, сложения и вычитания частот, а также параметрические генераторы света для создания излучателей синего и зеленого света, а также перестраиваемых в широком диапазоне волноводных лазеров ИК излучения. Путем локального включения ионов редкоземельных и переходных металлов в кристаллы ниобата лития реализованы волноводные лазеры. Интеграция излучателя и электро-, акусто- и нелинейно-оптических элементов на единой подложке позволяет создавать ИОС по своим функциональных характеристикам превосходящие современные электронные интегральные схемы [1]. Одним из наиболее распространенных методов формироваиия поверхностных слоев в кристаллах ниобата лития, обладающих оптическими и акустическими волноводными свойствами, является протонный обмен (ПО). Важнейшими достоинствами и преимуществами протонообменной технологии являются: проведение процессов при низких температурах давлении; низкая стоимость и достунность относительная простота технологических технологического и атмосферном оборудования; операций; высокая интенсивность процессов и возможность создания высокоэффективных ИОС. На сегодняшний день хорошо изучены свойства протонообменных световодов на основе кристаллов LiNbO3 конгруэнтного состава, в то время как усиливается интерес к использованию кристаллов LiNbOs стехиометрического состава и легированных оксндом магния (MgO:LiNbO3). Это связано, прежде всего, с тем, что такие кристаллы обладают существенно более низкой фоторефрактивной чувствительностью и, как следствие, более высоким норогом оптического 11 повреждения. Этот параметр очень важен при создании ряда интегральнооптических элементов, в частности многофункционального интегрально- оптического элемента. В отличие от протонообменных волноводов в номинально чистых кристаллах конгруэнтного состава, фундаментальные закономерности изменения структуры и оптических свойств нротонообменных волноводов в легированных магнием кристаллах не установлены к настоящему времени, так как ранее опубликованные исследования ПО MgO;LiNbO3 волноводов были неполными и ограничивались только изучением процесса изготовления волноводов и определением оптимальных параметров протонного обмена в кристаллах LiNbO3 легированных 4.5% MgO. Исследования протонообменных световодных структур в кристаллах ниобата лития стехиометрического состава находятся в аналогичном состоянии. Сказанное выше определяет актуальность диссертационной работы, посвященной изучению протонообменных световодов в кристаллах ниобата лития стехиометрического состава и легированных оксидом магния, а таюке разработке и исследованию технологических процессов их формирования. 12 Список сокращений: БК бензойная кислота ВГ вторая гармоника ВКБ метод Венцеля-Крамерса-Бриллюэна БОГ волоконно-оптический гироскоп ВТПО высокотемпературный протонный обмен ГВГ генерация второй гармоники ИК инфракрасный сигнал МИОЭ многофункциональный интегрально-оптический элемент МПО мягкий протонный обмен ОПО отожженный протонный обмен ПО протонный обмен ПП показатель преломления ППП нрофиль показателя преломления СК стеариновая кислота СЛ стеарат лития ЭПП эффективный показатель преломления 13
