基于鈦擴散制備Ti-LiNbO3波導(dǎo)型光耦合片工藝與光學(xué)性能優(yōu)化.pdf

1、光耦合器是光纖通信中重要的光無源器件之一，隨著光耦合器的需求量大幅增加和光纖通信發(fā)展中集成化趨勢越來越明顯，集成化、低損耗、易接入、能實現(xiàn)多路和小型化的波導(dǎo)型光耦合器成為人們研究的主要方向。鈦/鈮酸鋰光波導(dǎo)是其中的研究熱點。本課題以單晶鈮酸鋰和金屬鈦為原料，利用真空蒸鍍法和金屬內(nèi)擴散技術(shù)制備鈦/鈮酸鋰波導(dǎo)型光耦合片，通過研究蒸鍍電流、基片溫度和蒸鍍時間等工藝參數(shù)對鈦/鈮酸鋰復(fù)合薄膜微觀結(jié)構(gòu)的影響，確定最佳真空蒸鍍工藝參數(shù)，在此最佳工藝參

2、數(shù)基礎(chǔ)上，利用金屬內(nèi)擴散法制備鈦/鈮酸鋰波導(dǎo)型光耦合片，研究擴散溫度、擴散時間和鈦膜初始厚度對鈦/鈮酸鋰波導(dǎo)型光耦合片的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀光學(xué)性能的影響，得到鈦/鈮酸鋰波導(dǎo)型光耦合片最佳的擴散工藝參數(shù)。
　　以單晶鈮酸鋰為襯底材料，金屬鈦為蒸發(fā)源，采用真空蒸鍍法制備鈦/鈮酸鋰復(fù)合薄膜，經(jīng)XRD、SEM、EDS、AFM、XPS等研究，得到真空蒸鍍最佳工藝參數(shù)。制備的鈦/鈮酸鋰復(fù)合薄膜存在少量氧化鈦;通過擬合厚度與時間為:2708nm/1

3、mm。基于制備鈦/鈮酸鋰復(fù)合薄膜最佳工藝參數(shù)，利用金屬內(nèi)擴散法制備鈦/鈮酸鋰光波導(dǎo)，經(jīng)XRD、SEM、EDS、AFM、XPS、拉曼光譜、棱鏡耦合儀、外觀等研究，得到金屬鈦擴散法制備鈦/鈮酸鋰波導(dǎo)型光耦合片最佳工藝參數(shù)。利用Waveguide Loss Measurement Options2010-WGL1測得鈦/鈮酸鋰波導(dǎo)型光耦合片的傳輸損耗。
　　研究發(fā)現(xiàn)制備的鈦/鈮酸鋰波導(dǎo)型光耦合片截面元素組成主要是T1、Nb和O三種元素，

4、波導(dǎo)表面到鈮酸鋰內(nèi)部，鈦元素含量先增加后減少，增加與減少呈梯度分布，且擴散進(jìn)入基底鈮酸鋰晶體內(nèi)部的鈦離子呈T14+價態(tài)，鈦擴散前后，鈮酸鋰基仍是單晶鈮酸鋰相（鈦鐵礦結(jié)構(gòu)）。1540nm波長下，鈦/鈮酸鋰光耦合片導(dǎo)模數(shù)目為1，其他條件相同的條件下，有效折射率隨擴散時間增加而呈增大趨勢，隨初始鈦薄膜厚度增加而有增大趨勢，最大有效折射率為2.2144。532nm和448.2nm波長下，鈦/鈮酸鋰光耦合片分別存在三個和四個模式折射率，采用逆WK