1、局域鉺摻雜鈦擴(kuò)散鈮酸鋰波導(dǎo)器件具有廣闊的應(yīng)用前景,然而在此類器件的實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn),由于鉺離子在鈮酸鋰晶體中的溶解度較低,致使信號(hào)光在傳輸過程中的增益相對(duì)較低,進(jìn)而限制了器件性能的進(jìn)一步提高。本文的主要工作是利用氣相輸運(yùn)平衡(VTE)方法提高鈮酸鋰基底中的鉺離子濃度,在此基礎(chǔ)上,制備局域高摻鉺鈦擴(kuò)散鈮酸鋰光波導(dǎo),并表征其相關(guān)性能。
　　具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.為了解決鈦擴(kuò)散鈮酸鋰條形波導(dǎo)中模式折射率表征困難的問題,本文中首

2、先制備了密集條波導(dǎo)陣列,結(jié)合棱鏡耦合方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)條形波導(dǎo)模式折射率表征。另外,還使用該方法成功表征了條形波導(dǎo)嵌于平面波導(dǎo)中的特殊結(jié)構(gòu),為長(zhǎng)周期波導(dǎo)光柵的制備奠定基礎(chǔ)。
　　2.研究了影響VTE處理效果的因素,得到以下結(jié)論:缺鋰VTE處理引起的組份變化與VTE處理溫度的關(guān)系符合Arrhenius定律,缺鋰VTE處理引起的組份變化與VTE處理時(shí)間的關(guān)系滿足平方根方程;在富鋰VTE時(shí),初始粉末的配比對(duì)處理效果的影響較小,而坩堝內(nèi)部容積

3、越大或坩堝已使用時(shí)間越長(zhǎng),VTE的效果越差;但在缺鋰VTE處理過程中,兩相坩堝容積、初始粉末的配比和已使用時(shí)長(zhǎng)對(duì)于VTE效果基本沒有影響。
　　3.通過表面拋光與組份表征交替進(jìn)行的方法,總結(jié)出Li2O組份在深度方向上的分布服從余誤差函數(shù)的積分形式。利用Boltzmann-Matano分析獲得Li+離子擴(kuò)散系數(shù)與Li2O組份的關(guān)系:擴(kuò)散系數(shù)隨著Li2O組份的下降而下降。Li+離子的擴(kuò)散顯示出輕微的各向異性,沿光軸方向的速度較快。結(jié)合

4、之前報(bào)道的近化學(xué)計(jì)量比區(qū)域的結(jié)果,獲得了47-50mol％組份范圍內(nèi)的Li+離子擴(kuò)散系數(shù)。
　　4.研究了低于同成分點(diǎn)的缺鋰LN晶體中鉺離子的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度。當(dāng)X切鈮酸鋰晶體表面的Li2O組份從48.0下降至47.0mol%時(shí),鉺離子擴(kuò)散系數(shù)從(3.3±0.2)×10-2增至(5.7±0.3)×10-2μm2/h,增加了接近一倍;鉺離子溶解度隨晶體Li2O組份的下降而上升,當(dāng)Li2O組份從48.0降至47.7mol%時(shí),溶解度提

5、高約0.6mol%。進(jìn)一步研究表明,在X切缺鋰鈮酸鋰基底上制備局域鉺摻雜鈦波導(dǎo)中,深度方向上的鉺離子擴(kuò)散系數(shù)約為(12.8±0.3)×10-2μm2/h,遠(yuǎn)高于同成分基底中的擴(kuò)散系數(shù)(<7×10-2μm2/h)。
　　5.制備了Z切Y傳和X切Z傳的高摻鉺鈦擴(kuò)散鈮酸鋰光波導(dǎo),表面鉺濃度分別為1.33×1020cm-3和1.26×1020cm-3,比制備在同成分鈮酸鋰基底中的鈦擴(kuò)散波導(dǎo)的表面鉺濃度分別提高了20%和13%。通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)

6、算,獲得了波導(dǎo)的模場(chǎng)尺寸,發(fā)射、吸收截面和傳輸損耗。
　　分別利用980和1480nm泵浦光,觀察波導(dǎo)中的1547nm小信號(hào)光的增強(qiáng)。Z切波導(dǎo)在980nm耦合泵浦光功率為100mW時(shí),獲得了最大的信號(hào)增強(qiáng)為:0.9dB/cm(TE),0.7dB/cm(TM);由于光折變效應(yīng)的影響,泵浦功率繼續(xù)提高時(shí),信號(hào)增強(qiáng)開始降低。X切波導(dǎo)的抗光折變能力較強(qiáng),所以使用980nm光泵浦時(shí),即使耦合泵浦功率提高至200mW,波導(dǎo)中信號(hào)增強(qiáng)也沒有出現(xiàn)

7、明顯下降趨勢(shì),此時(shí)的信號(hào)增強(qiáng)為:1.0dB/cm(TE),1.4dB/cm(TM)。
　　1480nm泵浦光引起的光折變效應(yīng)較小,所以Z切波導(dǎo)和X切波導(dǎo)在1480nm光泵浦時(shí),信號(hào)增強(qiáng)都隨泵浦功率的提高而提高。當(dāng)耦合泵浦功率提高至18.5mW時(shí),信號(hào)增強(qiáng)分別為:Z切:1.1dB/cm(TE),1.4dB/cm(TM),X切:1.8dB/cm(TE),2.2dB/cm(TM)。
　　最后,對(duì)波導(dǎo)在980nm和1480nm光泵浦

8、下的信號(hào)光放大性能進(jìn)行了模擬。其中,Z切波導(dǎo)在980nm和1480nm光泵浦下的TM模式最大增益系數(shù)分別為2.4dB/cm和2.5dB/cm,與之前報(bào)道的Z切局域鉺摻雜鈦擴(kuò)散鈮酸鋰波導(dǎo)相比分別提高了至少1.0dB/cm和0.7dB/cm。
　　本論文的研究工作中具有如下的創(chuàng)新點(diǎn):(1)首次全面研究了影響氣相輸運(yùn)平衡處理效果的因素(2)首次全面研究了鈮酸鋰晶體在缺鋰狀態(tài)時(shí)鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)與晶體中氧化鋰組份的關(guān)系(3)率先制備出局域高