Разработка и исследование метода высокотемпературного протонного обмена для формирования волноводных структур в кристаллах ниобата и танталата лития

• Автор: Алкаев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Содержание

Общая характеристика работы

Введение

Список сокращений

Глава 1. Процессы ионного обмена история, основы, перспективы

1.1. История ионного обмена

1.2. Основы ионообменной технологии

1.3. Оптические волноводы

1.4. Базовые материалы интегральной оптики

1.5. Оптические свойства сегнетоэлсктрических кристаллов ЫЫЬОз и

1.5.1. Оптическое пропускание

1.5.2. Диэлектрические свойства
1.5.3. Показатели преломления
1.5.4. Электрооптические свойства
1.5.5. Нелинейнооптические свойства
1.5.6. Фоторсфрактивный эффект
1.6. Основные физические свойства сегнетоэлсктрических кристаллов 1ЛЧЬОз и УТаОз
1.6.1. Рост монокристаллов 1лЪОз и ЫТаОз 1.6.2. Дефектная структура 1ЛЫЬОз
1.6.3. Сегнетоэлектрические свойства
1.6.4. Кристаллическая структура
1.7. Методы формирования волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития
1.7.1. Аутдиффузиоиныс волноводы
1.7.2. Титандиффузионные волноводы Выводы по 1ой главе
Глава 2. Формирование ионообменных слоев в кристаллах 1лМ0з и 1дТаОз и методы их исследования


2.1. Технология получения и оборудование для формирования ионообменных световодов
2.2. Метод двухкристальной рентгеновской дифрактомелрии
2.3. Полноводнооптический метод
2.3.1. Восстановление профилей показателя преломления в волноводных поверхностных слоях
2.4. Измерения нелинейнооптических свойств
2.5. Методики измерений основных параметров многофункционального
интегральнооптического элемента МИОЭ, изготовленного по технологии протонного обмена Выводы по 2ой главе
Глава 3. Разработка нового метола ВТИО для формирования световодов
в ниобате и танталате лития
3.1. Ионообменные световоды
3.2. Изготовление и исследование протонообменных световодов
3.3. Результаты исследований
Выводы по 3ей главе
Глава 4. Нелинейнооптические свойства протонообменных Н1лМЮ
и Н1лТаОз волноводов
4.1. Реализация источников излучения на канальных волноводах за
счет нелинейных преобразований
4.2. Преимущества протонообменных волноводов для нелииейно
от ических устройств
4.3. Исследования, проведенные различными учеными,
нелинейнооптических свойств протонообмениых волноводов
4.4. Получение и исследование свез оводов в кристаллах ПМЬОз и
4.5. Генерация второй гармоники в Н1ЛЫЬ и НЫТаОз волноводах
4.6. Фоторефрактнвмые волноводы СиНЬ1КЬ
4.6.1. Получение и исследование СиНиМЬОз волноводов
4.6.2. Изменение оптических спектров НхЬ,.хМЬОз волноводов,
щ обусловленное ионообменным легированием ионами меди
4.6.3. Изменение фазового состава протонообменных волноводов после легирования медью
Выводы по 4ой главе
Глава 5. Многофункциональный интегральнооптический элемент, полученный высокотемпературным протонным обменом, для волоконнооптического гироскопа
5.1. Назначение и принцип действия волоконнооптического гироскопа
5.2. Многофункциональный интегральнооптический элемент
5.3. Формирование и исследование канальных НхЬ.хМЬОз волноводов
5.4. Технические характеристики отдельных элементов и гироскопа в
Выводы по 5ой главе
Заключения и основные выводы
Литература


Девятая всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов Микроэлектроника и информатика, Москва, , апреля г. I Ii I i vi ii i, , , i. I i, i , , , i. Микроэлектроника и информатика, Москва, , апреля г. Ii ii i, , i, сентября г. Публикации. По теме диссертации опубликовано печатных работ, в том числе 2 статьи в журнале Известия ВУЗов, серия Электроника. I, а также в материалах статьи и тезисы докладов российских и между народ ых конфере н ци й. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 6 страниц машинописного текста, включая таблиц, рисунков и список литературы в колличестве 4 наименований. Сегнетоэлектрические кристаллы ниобата и танталата лития ЫЫЬОз и иТа являются основными материалами современной интегральной оптики и акустоэлектроники. Это обусловлено, прежде всего, высокими значениями электро, акусто и нелинейнооптических коэффициентов, а также оглаженностью технологий промышленного роста кристаллов и производства пластин большого диаметра до 0 мм. В последние годы на этих кристаллах реализован целый класс функциональных и цифровых интегральнооптических схем ИОС, таких как переключающие матрицы, анзизаторы спектра, СВЧ фазовые и амплитудные модуляторы, а также целый класс датчиков физических величин, прежде всего датчиков вращения. Использование отличных нелинейнооптических свойств кристаллов ниобата и танталата лития 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 и танталата лития реализованы волноводные лазеры. Интеграция излучателя и электро, акусто и нелинейнооптических элементов на единой подложке позволяет создавать ИОС по своим функциональных характеристикам превосходящие современные оптоэлсктронные интегральные схемы. Одним из наиболее перспективных методов формирования в кристаллах ниобата и танталата лития поверхностных слоев, обладающих оптическими и акустическими волноводными свойствами, является протонный обмен ПО, заключающийся в замене ионов лития в кристаллах 1лЫЪ и 1лТа на протоны из специальных расплавов и растворов. ИОС. Несмотря на то, что технология протонного обмена достаточно проста, получаемые волноводы характеризуются сложным структурным многообразием. Гак, в работах было показано, что в зависимости от условий протонного обмена и послсобменного отжига до семи различных кристаллографических фаз НхЫ. МЪОз могут формироваться в Н1лМЬ волноводах и до шести НхихТа фаз в НЫТаОз волноводах. Было установлено, что , р3, р2 Р и а Нх1л. МЮ3 и р3 , 3, р и а Нх1л. Та фазы могут быть получены либо непосредственным протонным обменом в соответствующих расплавах или отжигом ранее полученной Нх1л,. МЪ или, соответственно, Нх1л. Та фазы с более высокой концентрацией протонов. В огличие ог этих фаз, К1 , к2 НХЬ. ХКЬ и кНхи,. Та фазы не могут быть получены прямым протонным обменом, а формируются только путем тюстобменного отжига р, фаз. Наибольшее распространение получили афазные волноводы, которые обладают наименьшими оптическими потерями и высокими элсктрооптическими свойствами. Однако, при формировании афазных волноводов традиционным методом протонного обмена с последующим отжигом ОПО метод в слое первичного протонного замещения изза протекающих в процессе отжига многочисленных фазовых переходов формируются различные дефекты, вызывающие дополнительное светорассеяние. К тому же, упомянутые фазовые переходы приводят к разрушению доменных границ в доменноинвертированных структурах. В этой связи актуальным является разработка нового метода формирования волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития, не вызывающего изменений фазового состава кристаллов, в процессе формирования волноводов и комплексное исследование оптических, оптикофизических и структурных свойств получаемых структур.