（凝聚态物理专业论文）离子注入nd：kgw光波导的特性研究.pdf

山东大学硕士学位论文 中文摘要 集成光学器件在实现高速远距离光通讯、宽带光网络传输、传感器与自动化 装置的制造，光学信号处理及光计算中有着重要作用。光波导作为集成光学的基 本单元，以其独特的性能、高集成化以及规模生产的低成本，在各种光器件的制 造中起着重要的作用。光波导可以把光限制在较小的空间传播以提高光密度，从 而能够更好的利用晶体的非线性性能，或者降低激光材料的产生激光的阈值条 件。迄今为止，人们已经探索多种方法来制各性能优良的光波导。现在常用的制 备波导的方法主要有离子注入、交换、扩散和薄膜沉积等。其中，离子注入作为 一种比较成熟的材料表面改性技术，引起了广泛关注。人们已经利用这种技术在 包括光学晶体、玻璃、半导体以及有机聚合物在内的大量光学材料中形成了光波 导结构，取得了许多重要的研究成果。 在离子注入形成的波导结构中，轻离子( h 、h e ) 注入主要是利用在注入离子 的射程末端形成一个折射率降低的光学位垒，在光学位垒和空气之间的区域形成 波导结构，是典型的位垒型波导。轻离子注入的主要问题是形成波导需要注入剂 量较高，一般在1 0 1 6i o r l s c m 2 ，注入成本较高。相对于轻离子，高能重离子注入 在某些情况下可在注入离子射程内对晶格造成扰动，导致晶体双折射性的部分降 低，形成折射率增强势阱型的波导结构。然而重离子注入在另外一些情况下，不 能形成明显的折射率增强，只是形成典型的重离子注入位垒型波导。尽管如此， 重离子注入时间短，光波导制备成本低，这是一个很大的优势。 条形光波导是光波耦合器、波导调制器、波导开关以及波导激光器等无源和 有源器件的基础。探讨离子注入条形光波导的制备不仅是光波导应用研究的基 础，还可以拓展核技术在光电子领域中的应用。 钨酸钾钆( k g d ( w 0 4 ) 2 ，简称k g w ) 激光晶体是在钨酸钙( c a w 0 4 ) 体上发展 起来的一种新型激光材料，k g d ( w 0 4 ) 2 晶体中的g d 3 + 离子可以被稀土离子n d 3 + 取代，成为性能优良的激光晶体。掺钕的钨酸钾钆晶体，可表示为n d ：k g d ( w 0 4 ) 2 ， 简写为n d ：k g w 。该晶体的钕掺杂浓度可以很高，达到3 8 a t 。另外，该晶体 又是一种多波长晶体，在0 9 1 1 a m ，1 0 6 1 x m ，1 3 5 1 t i n 处均有较好的激光运行。在激 光运行方面，与泵浦源的匹配较好，由于其吸收峰普遍较宽，特别在8 0 8 n m 有 山东大学硕士学位论文 一较宽的吸收峰。这样无论在闪光灯( 氙灯) 泵浦条件下还是在激光二极管泵浦 ( l d e 8 0 8 n m ) 条件下，都会得到较好的结果；并且阈值较低，机械以及光性能都 很好。另外，n d ：k g w 激光晶体在非线性光学、拉曼散射等方面有一定的潜力。 因此，其在医疗、通讯、电子、遥感、工业以及科研领域都有较好的前景。 本论文主要做了三个方面的研究工作，总结如下： ( 1 ) 我们首次利用5 0 0 k e v 的旷离子注入n d ：k g w 晶体，实现了平面波导结 构。用棱镜耦合的方法在波长6 3 3 n m 下测量了波导的暗模特性，并用r c m 方法 拟合了波导区域的折射率分布；用s r i m2 0 0 6 程序模拟了h + 离子的注入过程， 并结合波导特性对波导形成机制进行了讨论。我们还研究了退火行为对折射率分 布的影响，发现经过退火后模式折射率有所增高。 ( 2 ) 利用6 m c v 的c + 离子注入n d ：k g w 晶体制备平面光波导。通过研究导 波模式、近场光强分布、折射率分布、端面形貌和透射谱等，我们惊奇的发现， 沿晶体三个轴的表面折射率变成了同一个值，而且沿三个方向上具有相同的暗模 个数，与其对应的有效折射率也都相等。根据这些，我们可以断定在c + 离子注 入后，晶体表面层变为了各向同性。 ( 3 ) 利用氩离子束刻蚀技术在n d ：k g w 平面波导的基础上制备脊形光波导， 通过端面耦合测量了脊形光波导的近场光学图像，并用金相显微镜观察其端面形 貌。 关键词：离子注入，n d ：k g w ，光波导，折射率分布 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t o p t i c a li n t e g r a t e dd e v i c e sp l a y a l li m p o r t a n tr o l ei nt h ef i e l d so fh i g h s p e e d l o n g - d i s t a n c eo p t i c a lt e l e c o m m u n i c a t i o n s ，b r o a d b a n do p t i c a ln e t w o r k s ，s e r l s o r sa n d s m a r ts t r u c t u r e s ，o p t i c a ls i g n a lp r o c e s s i n ga n do p t i c a lc o m p u t i n g w a v e g u i d ei sa b a s i cs t r u c t u r ei no p t i c a ld e v i c e sa n dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ef a b r i c a t i o no f v a r i o u so p t i c a ld e v i c e s i tc a nc o n f i n et h eo p t i c a le n e r g yi ns m a l ls p a c ea n di m p r o v e t h eo p t i c a le n e r g yd e n s i t y a tp r e s e n t ，t h em o s tp o p u l a rm e t h o d si n c l u d em e t a l d i f f u s i o n , i o ne x c h a n g e ，f i l md e p o s i t i o na n di o ni m p l a n t a t i o ne t c i o ni m p l a n t a t i o n ，a s a l lo u t s t a n d i n gm e t h o df o rf a b r i c a t i n gv a r i o u sw a v e g u i d es t r u c t u r e s ，i sc o n f i n e dt ob e a ne f f e c t i v em e t h o df o rf a b r i c a t i n gv a r i o u sw a v e g u i d es t r u c t u r e s u pt on o w , m a n y w a v e g u i d es t r u c t u r e sh a v e b e e nf o r m e db yi o ni m p l a n t a t i o ni nm o s to p t i c a lm a t e r i a l s s u c ha so p t i c a lc r y s t a l s ，g l a s s ，s e m i c o n d u c t o r sa n dp o l y m e r se t c d u et ot h ed i f f e r e n tm a s so ft h ei n j e c t e di o n su s e di ni o ni m p l a n t a t i o n , t h el i g h t i o n si m p l a n t e dw a v e g u i d e sa n dh e a v yo n e sf o r m e di no p t i c a lc r y s t a l sa r ed i s t i n c t t h e l i g h ti o n s ( ha n dh e ) a r ef r e q u e n t l yu s e d a no p t i c a lb a r r i e rw i t hal o w e rr e f r a c t i v e i n d e xc o m p a r e dt ot h es u b s t r a t ew i l lb ef o r m e dd u et ot h ed a m a g ei n d u c e db yn u c l e a r e n e r g yl o s s s u c ha no p t i c a lb a r r i e rc o n f i n e st h el i g h ti na l l “o p t i c a lw e l l b e t w e e n i t s e l f a n dt h es u r f a c e h o w e v e r , o n eo f t h ed i f f i c u l t i e si st h a tl i g h ti o ni m p l a n t a t i o nf o r t h ew a v e g u i d ef o r m a t i o no f t e nn e e d sh i g hd o s e so f 1 0 1 6i o t k s c m 2 i n s o m ec a s 昭，t h e i n d i c e si ns u r f a c el a y e rh a v eb e e nf o u n dt ob er a i s e dw h e nh e a v yi o n sa r ei m p l a n t e d i n t os o m eo p t i c a lm a t e r i a l s t h ed o s eo fh e a v yi o ni m p l a n t a t i o nc a nb e1 3o r d e r l o w e rt h a nt h a to fl i g h ti o ni m p l a n t a t i o na n di tc a nr e d u c et h ef a b r i c a t i o nc o s t s i g n i f i c a n t l y m o s to p t o e l e c t r o n i c sd e v i c e ss u c ha so p t i c a lc o u p l e r , m o d u l a t o r , o p t i c a ls w i t c h a n dw a v e g u i d el a s e ra r eb a s e do nc h a n n e lw a v e g u i d es t r u c t u r e t h ea t t e m p to f f a b r i c a t i o no f s u c hw a v e g u i d es t r u c t u r ei sn e c e s s a r yf o rb o t ho p t o e l e c t r o n i c s t e c h n o l o g ya n dt h ec o m b i n a t i o nb e t w e e nn u c l e a rt e c h n o l o g ya n do p t o e l e c t r o n i c s k g d ( w 0 4 ) 2l a s e rc r y s t a li san e wl a s e rs u b s t a n c em a t e r i a ld e v e l o p e du p o n c a w 0 4c r y s t a l ，t h er a r ee a r t hi o n ，g d ”，c a nb es u b s t i t u t e db ya n o t h e rr a r ee a r t hi o n , n d ”s u c ha 跚b s f i t u t i o nh a sm a d ea ne x c e l l e n tl 弱e rc r y s t a l t h e c r y s t a li s n e o d y m i u md o p e dp o t a s s i u mg a d o l i n i u mt u n g s t a t e , w r i t t e nn d ：k g d ( w 0 4 ) 2i n m o l e c u l a rf o r m u l aa n ds h o r t h a n d e dn d ：k g w t h ec o n c e n t r a t i o no fd o p a n tn d ，+ i s i i l 山东大学硕士学位论文 量詈曼曼曼鼍量詈鼍皇皇詈皇! 量詈鼍鲁喜墨昌置鼍詈量量詈皇暑量鼍皇詈皇曼鼍葛! 皇! 詈詈詈- -i 暑詈量量暑曼皇詈量置鼍詈皇! 詈詈暑置詈詈量量置詈! 詈置 v e r yh i g l l ，u pt 03 8 a n dt h i sc r y s t a li sam u l t i c o l o rl a s e rc r y s t a ll a s i n ga to 911 a m , 1 0 6 i _ t ma n d1 3 5 1 x m i nt h el a z i n ga s p e c t , n e o d y m i u m - d o p e dk g w c r y s t a le x h i b i t sal o wl a s i n g t h r e s h o l dw i t hab r o a da n ds t r o n ga b s o r p t i o nb a n d e s p e c i a l l yt h e r ei sab r o a d a b s o r p t i o np e a ka t8 0 8 n m ，w h i c hm a k e si te x c e p t i o n a l l ys u i t a b l ea sa l le x c e l l e n tg a i n m e d i u mf o re f f i c i e n td i o d ep u m p e dl a s e ma n dx el a m p w i t hg o o dm e c h a n i s m ，o p t i c s b e h a v e ，t h ec r y s t a lh a sp o t e n t i a la p p l i c a t i o ni nn o n - l i n e a r i t ya n dr a m a ns c a t t e ra r e a i nt h ef u t u r e ，t h en d ：k g wc r y s t a lw i l lb eg o o da p p l i e di nm e d i c a t i o n ，m e d i c a l t r e a t m e n t , c o m m u n i c a t i o n , r e m o t es e n s i n g a n dt h ec r y s t a lh a sa t t r a c t e dc o n s i d e r a b l e a t t e n t i o na n db e c o m er e s e a r c hh o t s p o tg r a d u a l l y t h e p r e s e n tw o r ki sf o c u s e do nt h r e ea s p e c t s ，a sf o l l o w s ： 1 ) w br e p o r tt h ef a b r i c a t i o no fp l a n a rw a v e g u i d e si nn d ：k g wc r y s t a lb y5 0 0 k e v 旷i m p l a n t a t i o na td o s eo f 6 xl0 1 6 i o n s c f n 2 w ep e r f o r mt h ep r i s mc o u p l i n gm e t h o dt o m e a s u r et h ed a r km o d e sa n dt h e i re f f e c t i v er e f r a c t i v ei n d i c e s a n dt h er e f r a c t i v ei n d e x p r o f i l eo f 旷i m p l a n t e dn d ：k g d ( w 0 4 ：hw a v e g u i d ei sa n a l y z e db yu s i n gt h e r e f l e c t i v i t yc a l c u l a t i o nm e t h o d ( r c m ) b a s e do nt h er e s u l t so fp r i s mc o u p l i n g w eu s r i m2 0 0 6 ( t r a n s p o r to fi o n si nm a r e r ) c o d et os i m u l a t et h ep r o c e s so ft h er e l e v a n t i o ni m p l a n t a t i o n s a n n e a l i n gt r e a t m e n ti sp e r f o r m e d t h eb e h a v i o ro fa n n e a l i n go n g u i d i n gm o d ea n dt h ee f f e c t i v er e f r a c t i v ei n d i c e sa r es t u d i e d a r e ra n n e a l i n g ，t h e d a r km o d e si n d e xi n c r e a s e ss l i g h t l y , w h i c hm e i st h a tt h er e f r a c t i v ei n d e xo f w a v e g u i d er e c o v e r e dt os o m ee x t e n l 2 ) w bm a n u f a c t u r ep l a n a ro p t i c a lw a v e g u i d ei nn d ：k g wc r y s t a lb y6 m e vci o n i m p l a n t a t i o n 1 1 1 ep r o p e r t i e so ft h ew a v e g u i d e sa r ei n v e s t i g a t e db yp r i s mc o u p l i n g 鹊 w e l la se n d - f a c ec o u p l i n gm e t h o d s t h ep r o g r a mc o d es r i m2 0 0 6i su s e dt os i m u l a t e t h ei m p l a n t a t i o np r o c e s so fc a r b o ni o n si n t ot h en d ：k g wc r y s t a l w eu s er c m m e t h o dt or e c o n s t r u c tt h er e f r a c t i v ei n d e xp r o f i l e so ft h ew a v e g u i d e s d i f f e r e n t r e f r a c t i v ei n d e xb e h a v i o r sa r eo b s e r v e d ，t h es u r f a c er e f r a c t i v ei n d i c e so ft h ec r y s t a l a l o n g t h et h r e ea x e sa l es a m e ；m o r e o v e r , t h ed a r km o d e so ft h ew a v e g u i d ea l e 、j l r i m t h es a m ee f f e c t i v er e f r a c t i v ei n d i c e sa l o n gt h ei hn m ，a n d n ga x e s b a s e do nt h e s e , w e c a i lc o n c l u d et h a ta f t e rt h ec ) + i m p l a n t a t i o n , t h en e a ts t l r f a c er e g i o no ft h es a m p l e b e c o m e sa l lo p t i c a l l yi s o t r o p i cl a y e r 3 ) o p t i c a lr i d g ew a v e g u i d e sa r ef a b r i c a t e db yc o m b i n a t i o no fi o ni m p l a n t a t i o n 、i mi o nb e a me t c h i n g u s i n ge n d f i r ec o u p l i n gm e t h o d ，t h eo p t i c a li n t e n s i t y d i s t r i b u t i o no ft h el i g h tt r a v e r s e dt h er i d g ew a v e g u i d e sa l eo b t a i n e d as c a n n i n g 山东大学硕士学位论文 e l e c t r o nm i c r o s c o p yi su s e dt ot a k eap i c t u r eo ft h eg l o s s - s e c t i o ns h a p eo ft h er i d g e w a v e g u i d e k e y w o r d s ：i o ni m p l a n t a t i o n , n d ：k g w ，o p t i c a lw a v e g u i d e s ，r e f r a c t i v ei n d e x p r o f i l e , i o nb e a me t c h i n g v 山东大学硕士学位论文 符号说明 v i 介质的折射率 光线与界面法线的夹角 光波的波矢 导模的阶数 光波的相移 波导传播常数 模式的有效折射率 光波的电场 光波的磁场 电场垂直于波传播方向的模式 磁场垂直于波传播方向的模式 介电常数 真空介电常数 真空磁导率 e r 的受激辐射截面 光波的波长 掰 玑 缸 臌 虻 肛 m e 肌 m 纵 钳 肼 允 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：整i 童：垦日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影f p 、缩e p 或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 敝储獬：嗵刷磁辄辞蚪 山东大学硕士学位论文 鼍曼曼曼鲁皇鲁詈量皇量曼詈詈詈r 。i i p 曼! 暑曼皇皇量! 曼鼍! 鼍詈詈詈詈詈! 詈! 鼍詈鼍 第一章绪论 光波波长比波长最短的无线电波还要短四个数量级，因而它具有更大的传递 信息和处理信息的能力。然而传统的光学系统体积大、稳定性差、光束的对准和 准直困难，不能适应光电子技术发展的需要。为满足当今信息时代的要求，光学 器件的发展从传统的离散光学器件发展到了目前的集成光学阶段。【m 】1 9 6 9 年， 美国贝尔实验室的m i l l e r 博士提出了集成光学的概念。集成光学是研究媒质薄膜 中的光学现象，以及光学元器件集成化的一门学科。它是在激光技术发展过程中， 由于光通信、光学信息处理等的需要，而逐步形成和发展起来的。它要解决的实 质问题，是获得具有不同功能、不同集成度的集成光路，以实现光学信息处理系 统的集成化和微小型化。 在集成光学系统中，传送信号的载波是光波，系统内各种光信号处理元件通 过光波导和光纤相连接，其基本元件是光波导器件。光波导是利用光波在折射率 不同的两种物质的界面上发生全反射的原理，一将光波限制在微米量级的范围内传 输的一种结构。【6 】 由于光波导的重要应用价值，人们已经发展了许多方法来研制光波导。并通 过改进实验方法，改善实验条件，提高波导质量。目前为止，制备光波导的方法 主要有：【7 1 4 】 1 热扩散：在高温环境下使材料表面附近的掺杂物质( 通常为金属离子) 扩 散进入材料当中，改变材料的折射率形成波导结构。如利用扩散技术制备的 t i ：l i n b 0 3 ( 铌酸锂) 波导、e r ：t i ：l i t a 0 3 波导等。 2 离子置换：通过离子置换反应使杂质离子替换晶格中的原有离子，达到 改变折射率的目的，制备光波导。如用离子交换制备的硅酸盐、磷酸盐玻璃波导、 l i t a 0 3 波导和l i n b 0 3 波导等。 3 薄膜波导：指利用薄膜生长技术制备的具有特定折射率的薄膜形成波导 结构。薄膜制备技术种类很多，制备薄膜波导的手段也是多种多样。用于无机氧 化物薄膜光波导的制备方法主要有以下几种：溅射( s p u t t e r i n g ) ，包括射频溅射和 磁控溅射等；液相夕b t g ( l p e ) ；分子束外延( m b e ) ；化学气相沉积( c v d ) ；金属有 机化学气相沉积( m o c v d ) 和等离子体增强的化学气相沉积( p e v c d ) ；脉冲激光 沉积( p l d ) ；溶胶凝胶法( s 0 1 g e l ) 等。 山东大学硕士学位论文 4 离子注入：指将离子通过加速器加速后注入到晶体中，利用离子注入材 料产生的注入效应改变材料的折射率，从而在晶体注入的近表面形成一个微米量 级的波导层。如离子注入制备的l i n b 0 3 、k t p 和k n b 0 3 波导等。 以上这些方法各有特点，不仅形成光波导的机理有较大差别，而且材料的 适用范围也不尽相同。 离子注入技术是一种重要的材料表面改性技术，国内外从理论和实践上已 进行了大量研究。最初的时候主要用于改变半导体的掺杂，现在人们已将其应用 到包括半导体材料、金属材料和绝缘体材料的改性。 1 5 , 1 6 】七十年代以来离子注入 技术被用于光学材料的改性，自1 9 7 8 年发现用氦离子注入铌酸锂晶体可以形成光 波导以来，离子注入作为一种有效的形成光波导的技术手段，引起了人们广泛的 关注。 1 7 , 1 8 l 迄今为止，人们已经利用离子注入技术在包括光学晶体、玻璃、半导 体以及有机聚合物在内的大量光学材料中形成了光波导结构，取得了许多新的重 要的进展。【1 ”3 】 离子注入与其它波导制备方法相比，具有诸多优点：【2 4 1 l 、离子注入方便，适用范围广，适用材料广。 2 、在常温或低温下完进行，无需热激活，不会改变待注入材料的外形尺寸和表 面光洁度。 3 、可以形成“晶体”波导，晶体保持原有的属性。离子注入基本上不改变晶体在 波导层的光电特性，通常采用的h e 、h 等轻离子注入，它们只是在射程的末端对 晶体造成损伤，对晶体波导层结构影响较小。 4 、可控性、重复性较好。通过控制监测注入电荷的数量，能够精确的控制注入 离子的数量；通过控制注入离子的种类和能量，可以调整离子注入的深度分布。 5 、可选用注入离子的种类繁多。 6 、离子注入可以在材料中形成两层或两层以上的多层结构，结合其它方法可以 制成更复杂的集成光路。 离子注入光波导大致可分为两种，一种是轻离子( h 和h e ) 注入，另外一种 是重离子( 相对与h 和h e ) 注入。两者形成光波导的机理不同。 轻离子注入光学晶体形成光波导的机理一般认为：在离子注入过程中，注入 离子在其射程末端对晶格结构进行一定程度的破坏，在晶体内距离表面微米量级 2 山东大学硕士学位论文 的位置处形成一个损伤层；损伤层内晶格的部分非晶化并造成这部分晶格的密度 降低，最终导致在损伤层内的折射率降低，形成光学位垒。被折射率相对较低的 位垒层及材料表面的空气层所包围的区域就是波导结构。位垒层的产生主要与注 入离子的核能量损失有关，而注入离子在波导区的电子能量损失主要是造成点缺 陷的产生。这些点缺陷的存在会增加波导的吸收与发散损耗，因此通常用先注入 后退火的方法降低波导的损耗。 2 4 】 重离子注入则与轻离子注入不同，重离子注入晶体材料在其离子射程内对晶 格造成扰动，导致晶体双折射性质的降低，使得注入区较低的折射率增高，因此 其波导主要依赖于材料表面形成的折射率增加层，且形成的波导具有方向性。较 低注入剂量的重离子注入也能够形成光波导，而且可以形成单模的波导结构，其 传输损耗可以低于1 0d b c m ，具有实际的应用价值。由于注入剂量比轻离子注 入低l 3 个数量级，可以大大降低制造成本，有利于工业化的生产， 2 5 - 3 0 而且利 用重离子低剂量注入形成的波导是被限制在空气和衬底之间，没有隧道效应，可 以消除隧道损耗 钨酸钾钆( k g d ( w 0 4 ) 2 ) 晶体，简写为k g w ，具有低结构对称性，高非线性度 和泵浦阈值低等特点，f 3 1 1 被认为是一种良好的基质材料。钕离子掺杂的钨酸钾钆 n d ：k g d ( w 0 4 ) 2 ，简写为n d ：k g w ，晶体中用n d 3 + 离子替代g d 3 + 离子，离子半径 失配较小，有可能使得掺杂的激活离子浓度较高，【3 1 】并且与y a g 相比表现出厂 些特别的性能和优异的特性图，【3 2 1 是一种优良的激光材料，【3 3 埘】在遥感、医疗和 通讯等领域都具有潜在的应用，该晶体的积分吸收截面和受激发射截面光谱参数 对激光器件的设计具有重要的意义。 本论文工作的重点在于研究轻离子和重离子注入n d ：k g d ( w 0 4 ) 2 晶体光波 导的形成和优化条件，主要内容有： l 、利用5 0 0 k e v 的不同剂量的h 离子注x , n d ：k g d ( w 0 4 ) 2 晶体上形成光波导， 研究波导的导波模式、折射率分布以及退火后的变化情况，以优化条件，制备具 有优良性质的光波导。 2 、用重离子( c ) 注x , n d ：k g d ( w 0 4 ) 2 晶体上形成光波导，研究波导的导波模 式、折射率分布，分析和探讨波导形成的机理。 3 、利用氩离子刻蚀结合光刻掩膜技术在n d ：k g d ( w 0 4 ) 2 上形成脊形光波导， 3 山东大学硕士学位论文 研究形成波导的导波模式、近场光强分布。 本论文包括以下三个方面的内容： 第一部分，包括第二章和第三章，第二章简要介绍了平面及条形光波导的 基本理论；第三章介绍离子注入光波导的实验和分析方法，包括离子注入技术、 棱镜耦合技术、端面耦合技术、光刻技术和拟合离子注入光波导折射率的分布方 法一反射计算法等。 第二部分，包括第四章至第六章，研究轻、重离子注入n d ：k g d ( w 0 4 ) 2 晶体 形成光波导的暗模特性，拟合了折射率分布，测量了其近场光强分布，并对光波 导的热稳定性以及传输损耗进行研究。 第三部分，包括第七章，总结了本论文的主要结论和创新点。 4 山东大学硕士学位论文 参考文献 1 【美】汉斯伯格：集成光学导论，国防工业出版社，1 9 8 3 2 陈益新：集成光学，上海交通大学出版社，1 9 8 5 3 【美】a l n n o ny a r i v ：现代通信光电子学，电子工业出版社，2 0 0 4 4 【美】塔米尔：集成光学，科学出版社，1 9 8 2 5 英】卡萨普：光电子学与光子学的原理及应用，电子工业出版社，2 0 0 3 6 吴重庆：光波导理论，清华大学出版社，2 0 0 0 7 r e d ip a o l o ，e c a n t e l a r , p l p e r n a s ，ql i f a n t e ，ec u s s o ：c o n t i n u o u sw a v e w a v e g u i d el a s e ra tr o o mt e m p e r a t u r ei nn d ”- d o p e dz n ：l i n b o j ，a p p l p h y s l e t t ， 7 9 ( 2 0 01 ) 4 0 8 8 - 4 0 9 0 8 v d i e r o l f , a b k u t s e n k o ，c s a n d m a n n , f t a f i a n ，w v o nd e ro s t e n ：t o w a r d s n e wl a s e r si nt i ：e r ：l i n b 0 3w a v e g u i d e s ：as t u d yo ft h ee x c i t e de d + s t a t e s ，a p p l p h y s b ，6 8 ( 19 9 9 ) 7 6 7 - 7 7 5 9 b k d a s ，h s u c h e , w s o m e r ：s i n g l e - f r e q u e n c yt i ：e r ：l i n b 0 3d i s t r i b u t e db r a g g r e f l e c t o rw a v e g u i d el a s e r 而t ht h e r m a l l yf i x e dp h o t o r e f r a c t i v ec a v i t y , a p p l p h y s b ，7 3 ( 2 0 0 1 ) 4 3 9 - 4 4 2 1o r n e v a d o ，g l i f a n t e ，l o w - l o s s ：d a m a g e - r e s i s t a n to p t i c a lw a v e u i d e si nz n - d i f f u s e dl i n b 0 3b yat w o s t e pp r o c e d u r e ，a p p l p h y s a ，7 2 ( 2 0 01 ) 7 2 5 - 7 2 8 1 1 y n k o r k i s h k o ，v a f e d o r o v , s m k o s t r i t s k i i ，a n a l k a o v ，e i m a s l e n n i k o v ，f m p a d e r i n ，d v a p r a k s i n ，f l a u r e l l ：p r o t o ne x c h a n g e dl i n b 0 3a n d l i t a 0 3o p t i c a lw a v e g u i d e sa n di n t e g r a t e do p t i cd e v i c e s ，m i c r o e l e e t r o n e n g ，6 9 ( 2 0 0 3 ) 2 2 8 - 2 3 6 12 w p r i s k ：f a b r i c a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fp l a n a ri o n e x c h a n g e dk t i o p 0 4 w a v e g u i d e sf o rf r e q u e n c yd o u b l i n g , a p p l p l a y s l e t t ，5 8 ( 19 91 ) 19 - 2 1 13 g s o r b e l l o ，s t a c c h e o ，m m a r a n o ，m m a r a n g o n i ，r o s e l l a m e , r r a m p o n i ，p l a p o r t a ：c o m p a r a t i v es t u d yo fa g - n at h e r m a la n df i e l d - a s s i s t e di o ne x c h a n g eo n e r - d o p e dp h o s p h a t eg l a s s ，o p t m a t e r ，1 7 ( 2 0 0 1 ) 4 2 5 - 4 3 5 5 山东大学硕士学位论文 1 4 g c r i g h i n i ，s p e l l i ，m b r e n c i ，m f e r r a r i ，c d u v e r g e r , m m o n t a g n a , r d a l l i g n a ：a c t i v eo p t i c a lw a v e g u i d e sb a s e do ne r - a n de r y b - c o d o p e ds i l i c a t eg l a s s e s ， j n o n - c r y s t s o l i d s ，2 8 4 ( 2 0 0 1 ) 2 2 3 - 2 2 9 1 5 戴达煌，周克菘，袁振海：现代材料表面技术科学，冶金技术出版社，2 0 0 4 l6 m q u r i ka n dj s e r d a ：s e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ，p u b l i s h i n g h o u s eo fe l e c t r o n i ci n d u s t r y , 2 0 0 4 l7 gd e s t e f a n i s ，p d t o w n s e n da n dj g a i l l i a r d ：a p p l p h y s l e t t ，3 2 ( 19 7 8 ) 2 9 3 1 8 gd e s t e f a n i s ，j g a i l l i a r d ，e l i g e o n ，s v a l e t t e ，b f a r m e r y , p d t o w n s e n da n d a p e r e z ：j a p p l p h y s ，5 0 ( 19 7 9 ) 7 8 7 9 l9 p j c h a n d l e ra n dp d t o w n s e n d ：n u c l i n s t n n n m e t h ，b8 0 8 1 ( 19 9 3 ) l13 5 2 0 a p o l m a n ：j a p p l p h y s ，8 2 ( 19 9 7 ) l 2 1 p d t o w n s e n d ：v a c u u m ，5 1 ( 1 9 9 8 ) 3 0 1 2 2 w ：h o n g ，h w o o ，h c h o i ，yk i ma n dgk i m ：a p p l s u r f s e i ，1 6 9 ( 2 0 0 1 ) 4 2 8 2 3 d f l u c k , d h j u n d ta n dp g u n t e r ：j a p p l p h y s ，7 4 ( 19 9 3 ) 6 0 2 3 2 4 p d t o w n s e n d ，p j c h a n d l e ra n dl z h a n g ：o p t i c a le f f e c t so fi o ni m p l a n t a t i o n ， p u b l i s h i n gt h ep r e s ss y n d i c