【摘 要】
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铌酸锂（LiNbO3,LN）晶体具备优良的电光,压电,非线性光学等性能,在可见光和近红外波段具有较低的传输损耗。与同成分铌酸锂（CLN）晶体相比,近化学计量比铌酸锂（NSLN）晶体表现出更强的电光和非线性效应以及较低的畴反转极化电压等优势。因此,本文首次利用质子交换法详细地研究了NSLN在不同条件下的扩散系数,建立了两种扩散机制;其次对质子交换后晶体腐蚀特性进行定性分析;最后采用缓冲质子交换和退火
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铌酸锂（LiNbO3,LN）晶体具备优良的电光,压电,非线性光学等性能,在可见光和近红外波段具有较低的传输损耗。与同成分铌酸锂（CLN）晶体相比,近化学计量比铌酸锂（NSLN）晶体表现出更强的电光和非线性效应以及较低的畴反转极化电压等优势。因此,本文首次利用质子交换法详细地研究了NSLN在不同条件下的扩散系数,建立了两种扩散机制;其次对质子交换后晶体腐蚀特性进行定性分析;最后采用缓冲质子交换和退火技术制备了NSLN条形光波导,并对条波导进行表征。本文工作为制作高质量的PPLN波导开辟了一条新的路径。本论文主要进行了以下几个方面的研究和探讨:一、采用Z切CLN晶体作为初始材料。使用VTE技术制备出NSLN晶体,将CLN晶体和NSLN晶体放入不同浓度（0%～3%）的交换液中在不同温度（210℃、225℃、245℃）下质子交换,接着部分样品在不同温度（300℃、360℃、376℃）下退火,制作了一系列平面光波导,使用棱镜耦合仪测量并用IWKB法拟合出相应的波导折射率分布,计算出交换和退火扩散系数。二、对NSLN晶体和CLN晶体扩散系数进行分析。结果表明CLN晶体中的退火扩散系数始终比NSLN晶体中的值大,而两种材料中交换扩散系数的大小关系要根据交换液浓度和交换温度而定。通过对比NSLN晶体和CLN晶体中交换和退火扩散系数的大小关系,总结出两种扩散机制:交换扩散机制和退火扩散机制,质子交换过程是这两种扩散机制共同作用下的结果。对质子交换后晶体放入混合酸中在不同时间（0～600min）下进行腐蚀,得到腐蚀特性结果,从而确定合适的交换液浓度、交换温度和时间、退火温度和时间来制作NSLN条形光波导。三、使用Z切CLN和NSLN晶体作为初始材料。采用磁控溅射在材料+Z面光刻制作出二氧化硅掩膜,然后在225℃下使用2.5%的缓冲液质子交换60h,再在320℃下退火20h得到8μm宽的条波导。对制备的条波导进行表征:首先利用Rsoft软件对1550nm波长下条波导近场模式进行仿真;其次搭建近场模式采集系统,对CLN和NSLN波导的近场模式进行了采集,得到沿宽度方向模场分布满足高斯分布,沿深度方向模场分布满足厄米高斯分布,与仿真结果相吻合;最后在1.2cm的波导长度下,计算出CLN和NSLN波导插入损耗分别为2.4d B和2.9d B,耦合损耗分别为0.39d B和0.41d B,得出CLN和NSLN条波导传输损耗分别为0.85d B/cm和1.23d B/cm,并且采用截断法对两种材料的传输损耗进行测试计算,得出CLN和NSLN条波导传输损耗分别为0.75d B/cm和1.25d B/cm。
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