發(fā)布時(shí)間：2018-05-03 08:25

  本文選題：單晶鈮酸鋰薄膜 + 周期性極化鈮酸鋰�。� 參考：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：集成光學(xué)從20世紀(jì)末開(kāi)始迅速發(fā)展,它將一系列微納光學(xué)器件集成在同一塊基底材料上,在通信、環(huán)境、傳感等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。鈮酸鋰具有十分優(yōu)異的電光、聲光、光折變、非線(xiàn)性光學(xué)、鐵電、壓電等特性,廣泛應(yīng)用在集成光學(xué)以及光電子學(xué)中。近年來(lái),使用離子注入和直接鍵合制備的單晶鈮酸鋰薄膜(lithium niobate on insulator,LNOI)為集成光學(xué)提供了重要的基底材料。因?yàn)殁壦徜嚤∧づc二氧化硅隔離層之間的折射率差比較大,在LNOI上的光波導(dǎo)及光電器件可以擁有更小的尺寸和彎曲半徑,可以極大的提高器件的集成度,降低器件體積、功耗和閾值。目前,在LNOI的基底上報(bào)導(dǎo)了許多新型的光電器件,如電光調(diào)制器,微盤(pán)諧振腔,濾波器等。周期性極化鈮酸鋰(periodicallypoledLN,PPLN)利用準(zhǔn)相位匹配,能實(shí)現(xiàn)高效的非線(xiàn)性光學(xué)轉(zhuǎn)換,在非線(xiàn)性光學(xué)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。目前,用外加電場(chǎng)法在鈮酸鋰體材料上制備周期性鐵電體疇的技術(shù)比較成熟。如果在LNOI中實(shí)現(xiàn)周期性極化,就能利用倍頻、差頻、和頻等非線(xiàn)性效應(yīng),實(shí)現(xiàn)高集成度高效的非線(xiàn)性光學(xué)器件,應(yīng)用在光信號(hào)處理、全光通信等領(lǐng)域。薄膜的極化也可以應(yīng)用在鐵電存儲(chǔ)器上。X切鈮酸鋰薄膜下方不需要加金屬電極,材料制備工藝比較簡(jiǎn)單,而Z切鈮酸鋰薄膜下方一般需要加金屬電極,材料制備工藝相對(duì)復(fù)雜,并且金屬電極可能會(huì)對(duì)光有吸收,影響光傳播的效率。目前,在X切單晶鈮酸鋰薄膜上有關(guān)極化反轉(zhuǎn)的工作還比較少,僅有德國(guó)帕德伯恩大學(xué)、美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校、中佛羅里達(dá)大學(xué)等幾個(gè)單位實(shí)現(xiàn)了X切鈮酸鋰單晶薄膜的周期性極化反轉(zhuǎn)。本論文在X切的單晶鈮酸鋰薄膜上利用外加電場(chǎng)法,實(shí)現(xiàn)了周期性的極化反轉(zhuǎn),利用選擇性刻蝕法、壓電力顯微鏡等手段研究了鐵電體疇的物理性質(zhì),優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件,得到了結(jié)構(gòu)完整均勻的鐵電體疇。設(shè)計(jì)了倍頻波導(dǎo)器件,分別在質(zhì)子交換法和二氧化鈦加載條方法形成的光波導(dǎo)中,模擬了波導(dǎo)模式分布、有效折射率等參數(shù),計(jì)算了倍頻器件的極化周期。主要研究結(jié)果如下:1.搭建了脈沖電場(chǎng)極化裝置,利用外加電場(chǎng)法,對(duì)X切單晶鈮酸鋰薄膜成功進(jìn)行了周期性極化。極化周期為20 μm,極化反轉(zhuǎn)疇沿Z方向的長(zhǎng)度為10 μm。2.利用選擇性刻蝕法(HF:HN03=1:2),觀(guān)察到周期性極化的鐵電體疇。利用壓電力顯微鏡(piezoelectricforcemicroscope,PFM),分別研究了極化時(shí)間、極化電壓、退火溫度等參數(shù)對(duì)極化反轉(zhuǎn)鐵電疇的影響。發(fā)現(xiàn)隨著極化電壓加載時(shí)間的增長(zhǎng),極化反轉(zhuǎn)鐵電體疇的完整性增加。當(dāng)極化完成后,對(duì)樣品退火至400 ℃,可以進(jìn)一步提高極化反轉(zhuǎn)鐵電疇的完整性和均勻性。3.設(shè)計(jì)了具有周期性極化鐵電體疇結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)倍頻器件。分別在質(zhì)子交換波導(dǎo)和二氧化鈦加載條波導(dǎo)中,模擬了波導(dǎo)模式分布、有效折射率等參數(shù),計(jì)算了基頻光1260nm至1620nm的范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)倍頻所需要的極化周期。在質(zhì)子交換波導(dǎo)中,極化周期為3.44～4.08 μm,在二氧化鈦加載條波導(dǎo)中,極化周期為3.94～4.21μm。
[Abstract]:A series of micro - nano optical devices , such as electro - optical modulator , micro - disk resonant cavity , filter , etc . have been widely used in integrated optics and optoelectronics . This paper studies the physical properties of ferroelectric domains by selective etching method , and optimizes the experimental conditions . The polarization period of polarization reversal ferroelectric domains is calculated . The polarization period is 20 渭m . The polarization period of polarization reversal ferroelectric domains is calculated . The polarization period is 3.44 ~ 4.08渭m . The polarization period is 3.94 ~ 4.21渭m in the waveguide of proton exchange waveguide .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2

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本文編號(hào)：1837753