Структурная модель дрейфовых явлений в интегрально-оптических схемах на основе HxLi1-xNbO3 канальных волноводов

• Автор: Пономарев, Роман Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
1. МОДУЛЯТОРЫ НА ОСНОВЕ HJLi^NbOj КАНАЛЬНЫХ ВОЛНОВОДОВ И ИСТОЧНИКИ ИХ НЕСТАБИЛЬНОСТИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1Л. Применение интегрально-оптических схем на основе HxLii_xNb03 канальных волноводов

1.1.1. Волоконно-оптические линии связи

1.1.2. Волоконно-оптические гироскопы

1.2. Теоретические основы и особенности работы электрооптических модуляторов на ниобате лития

1.2.1. Электрооптический эффект в ниобате лития

1.2.2. Волноводные моды канальных волноводов

1.2.3. Интегрально-оптический интерферометр Маха-Цендера
1.2.4. Передаточная функция и рабочая точка интерферометра Маха - Цендера
1.3. Дрейфовые явления в интегрально-оптических схемах на HxLii_xNt>03 канальных волноводах
1.3.1. Методика экспериментального исследования дрейфа показателя преломления в HJLp.xNbCE канальных волноводах
1.3.2. Дрейф показателя преломления при вариации температуры интегрально-оптической схемы
1.3.3. Дрейф рабочей точки ИМЦ под действием внешнего электрического поля
1.3.4. Исследование дрейфа методом RC-цепей
1.3.5. Факторы, оказывающие влияние на дрейф рабочей точки ИМЦ
1.4. Структура и свойства монокристалла ниобата лития
1.4.1. Состав кристалла ниобата лития
1.4.2. Структура и свойства ниобата лития
1.4.3. Собственная дефектная структура ниобата лития

1.4.4. Состояние приповерхностных слоев ниобата лития до протонного обмена
1.4.5. Проводимость ниобата лития при различных значениях температуры
1.5. Создание волноводов методом протонного обмена и отжига
1.5.1. Модификация структуры ниобата лития при протонном обмене
1.5.2. Модификация структуры ниобата лития при отжиге
1.6. Основные выводы из обзора литературы
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НДщ.хЫЬОз КАНАЛЬНЫХ ВОЛНОВОДОВ И ИХ СТАБИЛЬНОСТИ
2.1. Методы исследования структуры НхЫ|.>,ЫЬОз канальных волноводов
2.1.1. Дифракционный структурный анализ
2.1.2. Оптическая профилометрия в сочетании с химическим травлением
2.1.3. Электронная сканирующая микроскопия
2.1.4. Измерения микротвердости
2.1.5. Изготовление образцов для структурных исследований
2.2. Методы исследования стабильности оптических свойств Нх1л1_х15ПэОз канальных волноводов
2.2.1. Экспериментальные образцы для температурных испытаний
2.2.2. Влияние температуры на дрейф показателя преломления ПКВ
2.2.3. Влияние величины электрического напряжения на дрейф ПИ в волноводе
3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Исходный кристалл
3.2. Фотолитография
3.3. Протонный обмен и отжиг
3.4. Нанесение электродов
3.5. Стыковка чипа интегральной схемы с волоконными световодами
3.6. Обсуждение процесса формирования НхЫ].х1ЧЬОз канальных волноводов

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПКВ СТРУКТУРНЫМИ МЕТОДАМИ
4.1. Состояние исходных пластин ниобата лития
4.1.1. Результаты электронно-микроскопических исследований
4.1.2. Результаты исследования микротвердости
4.1.3. Результаты рентгеноструктурного анализа
4.1.4. Обсуждение результатов исследования исходного кристалла
4.2. Результаты исследования протонообменных слоев
4.2.1. Результаты рентгеноструктурного анализа
4.2.2. Результаты оптической профилометрии в сочетании с химическим
травлением
4.3. Обсуждение результатов структурных исследований ПКВ
4.3.1. Сетка дислокаций несоответствия в ПКВ
4.3.2. Расчет плотности дислокаций и силы, действующей на дислокацию
4.3.3. Расчет количества свободных зарядов
4.3.4. Обсуждение результатов измерения: зарядовая модель ПКВ
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ПКВ МЕТОДАМИ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОПТИКИ
5.1. Температурные факторы, влияющие на показатель преломления волновода
5.2. Влияние абсолютной температуры на работу Y-разветвителя
5.2.1. Результаты измерений для образцов Y-разветвителей с
подавленным пироэлектрическим эффектом
5.3. Влияние пироэлектрического эффекта на работу Y-разветвителя
5.3.1. Пироэлектрический эффект в ниобате лития
5.3.2. Результаты измерений
5.3.3. Обсуждение результатов измерений с Y-разветвителем
5.4. Влияние пироэлектрического эффекта на работу ИМЦ
5.4.1. Сравнение результатов измерения для ИМЦ с замкнутыми и разомкнутыми электродами
5.4.2. Обсуждение результатов измерений с ИМЦ

энергии активации дрейфа РТ подробно рассмотрена в работе [62]. Авторы данной работы количественно исследовали предварительно полученные дрейфовые характеристики модуляторов на Х-срезе НЛ. Дрейфовые кривые были получены при температурах 55, 85, 100 и 140 °С. Начальное напряжение смещения на системе электродов предварительно устанавливалось на 3,5 В, в ходе эксперимента напряжение изменялось системой обратной связи. Длительность эксперимента составляла 170 часов. После завершения этого срока образцы отключались от внешних сигналов (оптических и электрических), и проводилось старение при температуре 85 °С в течение 170 часов. Описанная процедура проводилась для каждого нового значения температуры для снятия эффектов, связанных с предыдущей серией измерений. На рис. 1.15 представлены дрейфовые кривые, измеренные на модуляторе Х-среза НЛ.
x-cut LiNb03 modulator, # МХ14
Operation Time [ hour ]
Рис. 1.15. Зависимость дрейфовых характеристик модулятора на Х-срезе HJ1 от температуры [62]
Результаты экспериментов описывались аналитически как произведение двух частей, первая из которых была пропорциональна величине поля смещения