Фоторефрактивные волноводы и элементы интегральной оптоэлектроники в сегнетоэлектрических кристаллах

• Автор: Кострицкий, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 376 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Глава 1. ФОТОРЕФРАКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДАХ И ИХ ФОРМИРОВАНИЕ В КРИСТАЛЛАХ ЫМЮ3 И ЫТа03
1.1. Фоторефрактивный эффект и запись фазовых голограмм в фоторефрактивных кристаллах и волноводах

1.1.1. Введение

1.1.2. Теория записи фазовых голографических решеток в фоторефрактивных кристаллах. Механизмы голографической записи

1.1.2.1. Фотовольтаический механизм записи

1.1.2.2. Запись на свободных носителях

1.1.2.3. Поляризационный механизм

1.2.4. Диффузионный механизм

1.2.5. Тепловой механизм

1.3. Расчет стационарных решеток

1.4. Процессы стирания решеток
1.5. Фазовые стационарные решетки в сегнетоэлектрических кристаллах
1.6. Фиксация фазовых голограмм в фоторефрактивных кристаллах
1.7. Особенности голографической записи в двупреломляющих
фоторефрактивных кристаллах и анизотропных оптических волноводах
1.2. Методы формирования и ионообменного легирования волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития
1.2.1. Титан-диффузионные волноводы
1.2.2. Волноводы получаемые имплантацией ионов
1.2.3. Ионообменные волноводы и процессы их легирования
1.2.4. Протонообменные световоды в кристаллах ниобата лития
1.2.5. Структурно-фазовые диаграммы для Ъ-, X- и У-срезов
1.2.6. Особенности прямого протонного обмена
1.2.7. Этапы разработки технологии ионообменного легирования кристаллов и оптических волноводов
Выводы к главе
Список использованных источников к главе

Глава 2. ФОРМИРОВАНИЕ ФОТОРЕФРАКТИВНЫХ ВОЛНОВОДОВ В КРИСТАЛЛАХ ШЬ03 и Ш'а03 И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Технологии формирования оптических волноводов и их легирования методом ионного обмена
2.1.1. Аппаратурное оформление метода ионного обмена
2.1.2. Приготовление легирующих расплавов и проведение процесса ИДЛ
2.1.3. Подготовка поверхности исходных кристаллов
2.2. Технология получения волноводов методом имплантации легких ионов
2.3. Формированиетитан-диффузионных волноводов
2.4. Методы исследования физических и химических свойств исходных кристаллов и получаемых оптических волноводов
2.4.1. Методы определения структуры и химического состава оптических волноводов и легированных кристаллов
2.4.2. Методы оптической спектроскопии
2.4.3. Голографические методы исследования фоторефрактивных волноводов
2.4.4. Методы определения профилей показателя преломления оптических волноводов
2.4.5. Восстановление профилей показателя преломления в волноводных
поверхностных слоях
Выводы к главе
Список использованных источников к главе
Глава 3. .РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОТОРЕФРАКТИВНЫХ И ОСНОВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРИСТАЛЛОВ ЫИЬОз и ЫТа03
3.1. Определение электрооптических и нелинейно-оптических коэффициентов в кристаллах с помощью методов колебательной спектроскопии
3.1.1. Теория связи КРС с электрооптическим эффектом
3.1.2. Исследование зависимости оптических, электро-оптических и нелинейнооптических свойств от композиционного состава кристаллов танталата лития
3.1.2.1. Определение композиционного состава кристаллов танталата лития
3.1.2.2. Зависимость электро-оптических коэффициентов от композиционного состава кристаллов
3.2. Исследование фоторефрактивных кристаллов и волноводов методом спектроскопии КРС
3.2.1. Техника измерений спектров КРС в фоторефрактивных кристаллах
3.2.2. Влияние фотоиндуцированного рассеяния света на* спектры КРС фоторефрактивных кристаллов
3.2.3. Исследование динамики фотоиндуцированных процессов
3.3. Исследование вклада собственных дефектов в фоторефрактивный эффект в кристаллах LiNb03
3.3.1. Исследование оптических свойств кристаллов ниобата лития
3.3.2. Зависимость фоторефракции от интенсивности лазерного излучения и концентрации собственных дефектов
3.3.3. Двухцентровая модель фоторефракции
3.3.4. Дополнительный механизм заполнения вторичных фоторефрактивных центров
3.3.5. Фоторефрактивная чувствительность номинально чистых кристаллов ниобата
лития
Выводы к главе
Список использованных источников к главе
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ
ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ В КРИСТАЛЛАХ ЫМ>03 и ЬіТа03
4.1. Определение спонтанной поляризации и коэффициентов нелинейной
восприимчивости для планарных Ьіі..хНхИЬ03 волноводов
4.1.1. Особенности приготовления Еіі.хНхИЬ03 волноводов с контролируемым фазовым составом и техника их измерений
4.1.2. Сравнение спектров оптического поглощения ПО волноводов содержащих различные НхЬі^хИЬОз фазы на кристаллах Х-среза
В некоторых случаях неблагоприятные последствия таких процессов, в частности аутдиффузии, удается ослабить [36]. Однако, в общем протекание процессов диффузии титана в ниобате лития с трудом поддается физикохимическому описанию из-за многообразия действующих факторов, что ограничивает возможности оптимизации технологии [37].
Развитием метода стал двухстадийный процесс формирования заглубленных волноводов с дополнительной диффузией магния из пленки оксида в слой Тг1л1'Ь03. Этот процесс приводит к снижению ПП е-луча и заглубляет волновод, что снижает рассеяние поверхностными дефектами [38].
С точки зрения функциональных требований к недостаткам ТпГлКЬОз волноводов относится их высокая фоторефрактивная чувствительность (низкая оптическая прочность).
Методы ионной имплантации К1", В+, Не+ и Кс+ и Тл4+ [39], жидкофазной эпитаксии 1лЫЬОз и распыления или осаждения носят исследовательский характер и не получили широкого распространения из-за больших оптических потерь в формируемых волноводах, больших трудностей при формировании канальных волноводов и отсутствия каких-либо значительных преимуществ перед методами диффузии титана и ионного обмена [33].
Долгое время диффузия титана являлась распространённым методом, промышленно используемым для формирования волноводов в кристаллах 1л№>03 благодаря высокому оптическому качеству волноводов без значительной деградации свойств объемных кристаллов, хотя некоторые аспекты процесса остаются недостаточно понятыми. В настоящее время главным и, пожалуй, единственным альтернативным методом получения высококачественных световодов в кристаллах ниобата лития, получающим все большее распространение, является протонный обмен.
1.2.2. Волноводы получаемые имплантацией ионов
В настоящее время имплантация легких ионов, таких как Н+ и Не+, представляет большой интерес как перспективная высоко эффективная методика изготовления оптических волноводов в сегнетоэлектрических кристаллах, в том