（凝聚态物理专业论文）离子注入光电晶体平面和条形波导的研究.pdf

山东大学博士学位论文 中文摘要 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。由于光波导的重要应用价值， 人们一直在探索有效的方法来制备具有优良性能的光波导。离子注入作为一种有 效制备光波导的技术，引起了人们广泛的关注，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，取得了许多进展。 利用离子注入在铌酸锂、钒酸钇等晶体上形成的波导结构，不仅在射程末端 有折射率降低，在某一双折射方向上还存在波导区域折射率增加的现象。利用这 一现象可以通过离子注入在许多光电晶体上形成性能更优良的波导结构，同时可 以降低注入剂量，大大降低制造成本。因此研究离子注入光学材料波导区折射率 增加现象不仅有重要的理论意义。而且具有潜在的应用前景。 条形光波导是光波耦食器、波导调制器、波导开关以及波导激光器等无源器 件和有源器件的基础。探讨离子注入条形光波导的制备不但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的应用。 本文主要研究利用离子注入方法在铌酸锂( l i n b 0 3 ) 晶体、钽酸锂( l i t a 0 3 ) 晶体、铌酸钙钡( c b n ) 晶体、掺钕的钒酸钇( n d ：w 0 4 ) 晶体和磷酸钛氧铷( r t p ) 晶体等光学材料上形成光波导通过对光波导的导波模式和退火行为的研究，优 化离子注入光波导的形成条件；用卢瑟福背散射沟道技术研究了光波导中的损 伤分布，对离子注入光学晶体材料折射率增加的形成机理进行了探讨；成功的利 用离子注入形成了条形光波导，得到了波导的近场光强分布。主要结果如下： 铌酸锂( l i m b 0 3 ) 晶体是一种集电光、声光、光弹、非线性等效应于一体的性 质优良的铁电晶体。用能量为3 0 m e v ，剂量为4 x 1 0 1 4 i o n s c m 2 的b 离子注入到 l i n b 0 3 晶体中，异常光形成了波导区折射率增加的光波导并观察到了高于衬底 折射率的传输模式。采用r c m 法拟台了注入后波导区的折射率分布，同样得到 了异常光折射率增加的结果。我们把这现象归因于离子注入造成的l i n b 0 3 晶 山东大学博士学位论文 体的晶格扰动，引起了异常光折射率的增加和寻常光折射率的降低。 钽酸锂( l i t a 0 3 ) 晶体具有和铌酸锂( l i n b 0 3 ) 晶体同构，两者具有相似的性质。 钽酸锂晶体抗光折变能力比铌酸锂晶体大两个数量级。钽酸锂是制造光波导和声 波器件的优良衬底。用能量为6 0 m e v ，剂量为3 x 1 0 l x l 0 坫i o n s e r a 2 的c 离子 注入到l i t a 0 3 晶体，形成了光学位垒型的平面光波导。采用r c m 法拟合了注入 后波导区的折射率分布，发现与l i n b 0 3 晶体比较在l i t a 0 3 晶体没有发现波导区 异常光折射率增加的现象。经过讨论我们认为对与单轴晶体总的由离子注入引起 的折射率变化为出。它由两部分组成：由晶格畸变造成的折射率改变砒，这一 部分与晶体的双折射和方向有关：另一部分是由注入损伤引起的折射率减b a n g 。 l i n b 0 3 晶体和l i t a 0 3 晶体不同的双折射现象造成了离子注入波导折射率的不同 分布。在1 5 3 9 n m 波长下测量了波导的暗模特型，发现了传播模式随注入剂量增 加的现象。 铌酸钙钡晶体( c b v 0 与铌酸锶钡晶体( s b n ) 类似，属于部分填充的钨青铜结 构( t t b ) ，具有驰豫型铁电相变和较大的电光效应。研究发现铌酸钙钡( c b n ) 晶体与锶酸锶钡( s b n ) 晶体由许多相似之处，其主要区别在于不同的相变点和 双折射。经测试发现c b n 的相变点在2 8 0 。c 左右，比s b n 6 0 的相变点将近高 了2 0 0 。c ，这使得c b n 晶体在稍高温度的环境应用中占有更多的优势。我们用 能量为2 8 m e v ，剂量为1 1 0 1 6 i o n s l c m 2 的h e 离子注入到c b n 晶体中，首次在 c b n 晶体上形成了光波导结构。在6 3 3 n m 和1 5 3 9 n r a 的波长下，都发现了异常 光折射率大于注入前衬底折射率的传输模式。采用r c m 法拟合了注入后波导区 的折射率分布，通过对寻常光疗。和异常光折射率的拟合我们发现：h e 离子在 光学位垒区域造成寻常光折射率降低了4 1 ，异常光m 折射率降低了3 1 ： 在波导区异常光n c 折射率有明显的增加。利用端面耦合技术测量了c b n 光波导 的损耗，并且得到了较好的传播模式端面光强分布。 利用光刻胶在l i n b 0 3 晶体表面形成掩模，我们采用2 2 + 1 8 + 1 6 m e v 的o 离子，进行多能量注入，总注入剂量为6 x 1 0 h i o n s c m 2 ，在注入过程之后，样晶 在氧气保护下在2 6 0 。c 退火3 0 分钟，利用光学端面耦合系统对平面和条形光波 导中传输光线的近场光强分布进行了分析，得到了比较理想的条形光波导图形。 首次利用多能量重离子注入在l i n b 0 3 上形成了条形光波导。在6 3 3 n m 下测量了 坐奎盔兰苎主堂垡丝奎 平面光波导样品退火前后的暗模特型图，结果表明退火后折射率增加区域仍然保 持波导的性质。对注入样品的晶格损伤进行了r b s 沟道测量，测量结果表明对 于退火后的注入样品沟道谱最小产额为4 5 ，与未注入晶体沟道谱的最小产额 是3 8 相比，晶格的损伤很小。结果证明利用重离子低剂量注入和退火处理可 以在l i n b 0 3 上形成质量较好的条形光波导，为离子注入l i n b 0 3 的实用化提供 实验基础。 n d ：y v 0 4 晶体是一种重要的激光晶体，以其作为固体激光基质材料的固体 激光具有泵浦阈值低、激光发射截面大、可实现1 3 4 p a n 和1 0 6 p m 激光连续运转 等优点，已得到了较为广泛的应用。利用能量为3 0 m e v 、剂量为l x l 0 ”i o n s c m 2 的o 离子对y v 0 4 晶体进行了单能级注入；利用s i 离子对n d ：y v 0 4 晶体进行了 单能量( 2 6 m e v ) 和多能量( 3 0m e v + 2 6m e v + 2 2m e v ) 注入，均形成了寻常 光折射率增加型的平面光波导。平面光波导的波导区域折射率有较大的增加量， 主要与y v 0 4 晶体较大的双折射现象有关。利用r c m 方法对折射率分布进行了 拟合，拟和发现波导区域折射率有较大的增加，位垒区域的折射率减小量比较小。 比较了单能级和多能级s i 离子注入形成波导的暗模特性数值，发现两者在数值 上比较接近。 磷酸钛氧铷( r b t i o p 0 4 ) 是一种高效的非线性光学晶体，简称r t p 晶体。 具有与k t p 晶体相同的结构。r t p 晶体具有较高的非线性和电光系数，较高的 光损伤闽值，较低的介电系数和稳定的化学性质，这使得r ，r p 晶体对于非线性 和光电器件应用具有重要的意义。我们用能量为3 0 m e v ，剂量为l x l 0 1 6 i o n s c m 2 的h e 离子注入到r t p 晶体中首次在r t p 晶体上形成了典型的轻离子注入光 学位垒型的光波导。利用棱镜耦合的方法测量了注入后的暗模特性。采用r c m 法拟合了注入后波导区的折射率分布，结果发现在光学位垒区域折射率降低了 1 6 ；在波导区没有明显改变。经过2 0 0 0 c 、6 0 分钟的热退火后模式折射率有所 增高，表明波导区折射率有所恢复。我们利用端面耦合得到了退火后平面波导的 近场光强分布，结果表明退火降低了波导的损耗，同时观察到了两条传输模式。 关键词：离子注入，光波导条形波导，折射率分布 川 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t w a v e g u i d ei sab 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 n t h ef a b r i c a t i o no fv a r i o u so p t i c a ld e v i c e sb e c a u s eo fi t se x c e l l e n tc h a r a c t e r i s t i c s ， p o s s i b l i l i t yi ni n t e g r a t i o na n dr a t h e rl o wc o s ti nm a n u f a c t u r i n g i nf a c t ，aw a v e g u i d e w i t hg o o dp r o p e r t i e si sl i k e l yn e e d e da n dm a n yr e s e a r c h e sh a v eb e e nd o n ei nt h i s f i e l d ，b e c a u s eo fi t si m p o r t a n c ei np r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，s c i e n t i s t sa n de n g i n e e r sa r c t r y i n gt of m dv a r i o u sw a y st o f a b r i c a t e “h i g h q u a l i t y ”o p t i c a lw a v e g u i d e i o n i m p l a n t a t i o ni so n eo ft h ee f f e c t i v em e t h o d si nf a b r i c a t i n gg u i d i n gs l r u c t u r e u pt o n o w , m a n yw a v e g u i d es t r u c t u r e sh a v eb e e nf o r m e db yi o ni m p l a n t a t i o ni nv a r i o u s m a t e r i a l ss 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 t ni o n - i m p l a n t e dw a v e g u i d ea ni n d e xd e c r e a s ew a sf o u n da tt h ee n do ft h ei o n t r a c k ，b u ti ns o m eo p t i c a lm a t e r i a l s ，s u c ha sl i n b 0 3a n dy v o ，a ni n d e xi n c r e a s ew a s a l s of o u n di nt h eg u i d er e g i o n t h i s “i n c r e a s e ”c o u l dh e l pt of o r mb e t t e rw a v e g u i d e s t r u c t u r e si nm a n yo 州e a lm a t e r i a l sb yi o ni m p l a n t a t i o n i ta l s or e d u c e dt h ei m p l a n t e d i o nd o s ea n ds a v et h ef a b r i c a t i o nc o s ts i g n i f i c a n t l y t h e r e f o r e ，t h ei n v e s t i g a t i o no n i n d e x i n c r e a s i n gi ni o n - i m p l a n t e dw a v e g u i d ei si m p o r t a n tn o to n l yf o rt h et h e o r e t i c a l s t u d yb u ta l s of o r t h ep o t e n t i a la p p l i c a t i o na sw e l l 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 fs u c hw a v e g u i d es t r u c t u r ei s n 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 1 v 山衷大学博士学位论文 t e c h n o l o g y i t s e l fa n dt h e c 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 d o p t o e l e c t r o n i c s i nt h i sa r t i c l ew er e p o r tt h ew a v e g u i d ef o r m a t i o no nl i n b 0 3 ，l i t a 0 3 ，c b n ， n d ：y v 0 4 ，r t pc r y s t a l sb yu s i n gi o ni m p l a n t a t i o n b a s e do l le x p e r i m e n t a lr e s u l t s f r o mm e a s u r e m e n t ，a n a l y s i so f w a v e g u i d em o d e a n d a n n e a l i n gb e h a v i o r o f i o n i m p l a n t e dw a v e g u i d e ，t h ep a r a m e t e r so fi m p l a n t a t i o nc a nb e o p t i m i z e d r b s c h a r m e l i n gt e c h n i q u eh a sb e e ne m p l o y e dt oa n a l y z et h ei m p l a n t - i n d u c e d d a m a g ei nc r y s t a l s t h em e c h a n i c so fi n d e xi n c r e a s i n gd u et oh e a v yi o ni m p l a n t a t i o n h a sb e e nd i s c u s s e d c h a n n e lw a v e g u i d eh a sb e e nf a b r i c a t e d b yi o ni m p l a n t a t i o n s u c c e s s f u l l y p r o p a g a t i o nl i g h ta n dt h em o d ep a t t e r n sh a v eb e e nr e c o r d e d t h em a i n r e s u l ta r eg i v e na sf o l l o w s ： l i t h i u mn i o b a t e ( l i n b 0 3 ) i sc o n s i d e r e da so n eo ft h em o s to u t s t a n d i n g d i e l e c t r i c m a t e r i a li n o p t o - e l e c t r o n i c s f o ri t sr e m a r k a b l e e l e c t r o - o p t i c a l ， a c o u s t o o p t i c a la n dn o n l i n e a rp r o p e r t i e s p l a n a rw a v e g u i d ew a sf o r m e db y3 0m e v b 3 + i o n sa td o s eo f4 1 0 1 4i o n s c m 2a tr o o mt e r n p e r a t u r e o n ed a r km o d e 、a sf b u n d w h i c hr e f r a c t i v ei n d e xi sh i g h e rt h a nt h es u b s t r a t e w eu s e dr c m m e t h o dt oc a l c u l a t e t h er e f r a c t i v ei n d e xp r o f i l eo fi m p l a n t e dw a v e g u i d e i ti sf o u n dt h a tt h ee x t r a o r d i n a r y r e f r a c t i v ei n d e x ( ) h a sap o s i t i v ec h a n g ei n s t e a do fd e c r e a s i n gw h i c hn o r m a l l y o c c u r si nw a v e g u i d e sb yh i g hd o s ei m p l a n t a t i o n w ea t t r i b u t e dt h i sp h e n o m e n o nt o t h es l i g h td i s o r d e ro fl i n b o ac r y s t a ll a t t i c e ，w h i c hi n c r e a s et h el o w e ri n d e x ( n 。) a n d d e c r e a s et h eh i g h e ro n e ( r o ) l i t a 0 3a n dl i n b 0 3a r ek n o w nt oh a v es i m i l 缸c r y s t a lc o n s t i t u t i o n sa n de x h i b i t v 山东丈学博士学位论文 m a n ys i m i l a rp r o p e r t i e s l i t a 0 3 i sm o r er e s i s t i v et op h o t o r e f r a e t i v ed a m a g et h a n l i n b 0 3a n dh a ss h o w nu n i q u ep r o p e r t i e s 笛as u b s t r a t ei nb o t ho p t i c a lw a v e g u i d e s a n da c o u s t i cw a v ed e v i c e s p l a n a rw a v e g u i d e sw e r ef o r m e di nl i t a 0 3c r y s t a l sb y 6 0 一m e vc i o ni m p l a n t a t i o na tr o o mt e m p e r a t u r e w eu s e dt h er c mm e t h o dt o s i m u l a t et h er e f r a c t i v ei n d e xp r o f i l eo ft h ei r r i p l a n t e dw a v e g u i d e i ti sf o u n dt h a t e x t r a o r d i n a r yr e f r a c t i v ei n d e xd i dn o ti n c r e a s ei nl i t a 0 3w a v e g u i d e ，w h i c hi s d i f f e r e n tf r o mt h ei o n i m p l a n t e dl i n b 0 3w a v e g u i d e w es u p p o s et h a tt h et o t a l r e f r a c t i v e i n d e xc h a n g e sa n td u et ot h ei m p l a n t a t i o nc o n s i s to ft w op a r t s ：t h ec h a n g e a n ai n d u c e db yc r y s t a ll a t t i c ed i s t u r b a n c er e l a t e dt ob i r e f r i n g e n c e ，a n dt h en e g a t i v e c h a n g ea n dc a u s e db yt h ed i s p l a c e m e n td a m a g e d i f f e r e n c ei nb i r e f r i n g e n c el e a d st o d i f f e r e n tr e f r a c t i v e i n d e xp r o f i l e si nl i t a 0 3a n dl i n b 0 3w a v e g u i d e s a t15 3 9 n mw e c a ns e et h en u m b e ro ft h ep r o p a g a t i o nm o d e si sd e p e n d e n to nt h ed o s e so ft h e c 3 + - i m p l a n t e dw a v e g u i d ei nl i t a 0 3 c a l c i u mb a r i u mn i o b a t e ( c b n ) ，l i k es t r o n t i u mb a r i u mr f i o b m e ( s a n ) ，b e l o n g s t ot h em a t e r i a l sf a m i l yo fp a r t i a l l yf i l l e dt e t r a g o n a lt u n g s t e nb r o n z e s ，w h i c hs h o w r e l a x o r - t y p ef e r r o e l e c t r i cp h a s et r a n s i t i o n sa n dl a r g ee l e c t r o - o p t i ce f f e c t s i th a sb e e n f o u n dt h a tc b ni ss i m i l a rt os b ne x c e p tf o rt h et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e sa n dt h e b i r e f r i n g e n c e t h ed e t e c t e dp h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ea ta b o u t2 8 0 ci sn e a r l y 2 0 0 。ch i g h e rt h a nt h et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r eo fs b n 6 0a n dm a k e sc b np o t e n t i a l l y a t t r a c t i v ef o ra p p l i c a t i o n sa th i g h e rt e m p e r a t u r e s w eh a v ef o r m e dw h a ti sb e l i e v e dt o b et h ef i r s tp l a n a ro p t i c a lw a v e g u i d ei nc b nc r y s t a lb y2 8 m e vh ei o ni m p l a n t a t i o n w i t hd o s eo f1 0 xl0 1 6i o n s e r a 2a tr o o mt e m p e r a t u r e o n em o d ew h i c hr e f r a c t i v e v l 山东大学博士学位论文 i n d e xi s h i g h e rt h a nt h es u b s t r a t ew a sf o u n da t b o t h6 3 3 n ma n d15 3 9 n m t h e r e f r a c t i v e - i n d e xp r o f i l e ( n 口a n d 啦) o f t h eh e - i m p l a n t e dc b nw a v e g u i d ew a sa n a l y z e d w i t ht h er 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 t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em e vh e i m p l a n t a t i o nr e s u l t si nad e c r e a s ei nr e f r a c t i v ei n d e xi nb a r r i e r sf o rb o t hn o ( 4 1 呦a n d 刀“3 1 ) b u tf o r t h e r ei sa no b v i o u si n c r e a s ei nt h ew a v e g u i d er e g i o n t h e i n t e n s i t yp r o f i l eo fg u i d em o d ea n dw a v e g u i d el o s sw e r eo b t a i n e db ye n d - f i r e c o u p l i n g w em a k et h em a s kw i t hp h o t o r e s i s tu s i n gl i t h o g r a p h yo nl i n b 0 3 t h ep l a n a r a n dc h a n n e l w a v e g u i d e s i nz - c u t l i n b 0 3c r y s t a l h a v eb e e nf a b r i c a t e d b y m u l t i e n e r g i e s ( 2 2 ，1 8a n d1 6m e v ) o x y g e ni o ni m p l a n t a t i o n 诚啦t h et o t a ld o s eo f 6 x 1 0 1 4i o n s e r a 2a tr o o m t e m p e r a t u r e ，t h ei m a g ea n dt h eo p t i c a li n t e n s i t yd i s t r i b u t i o n o ft h el i g h tt r a v e r s e dt h ew a v e g u i d eb ye n d - c o u p l i n gm e t h o dw e r eo b t a i n e da l t e r t h e r m a la n n e a l i n ga t2 6 0o cf o r3 0 r a i ni nd 珂o x y g e na t m o s p h e r e t oo u r k n o w l e d g e , t h i si st h ef i r s tr e p o r to nm u l t i e n e r g yh e a v yi o ni m p l a n t e dw a v e g u i d eo i ll i n b 0 3 t h em o d e so ft h ep l a n a rw a v e g u i d ew e r em e a s u r e db yt h ep r i s m - c o u p l i n gm e t h o d w i t ht h ew a v e l e n g t h6 3 3m t h er u t h e r f o r db a c k s e a t t e r i n g c h a n n e l i n gt e c h n i q u e w a su s e dt oi n v e s t i g a t et h ed a m a g ep r o d u c e db yt h e i o ni m p l a n t a t i o na f t e ra n n e a l i n g t r e a t m e n t , t h em i n i m u my i e l do ft h es p e c t r aw a s4 5 t h er e s u l t ss h o wt h a tw ec a n o b t a i nag o o dq u a l i t yc h a n n e lo p t i c a lw a v e g u i d ei nl nc r y s t a l sb yl o wd o s ei o n i m p l a n t a t i o na f t e rs u i t a b l ea n n e a l i n gt r e a t m e n t ；t h i si su s e f u lf o rf a b r i c a t i n gt h e w a v e g u i d ed e v i c ei nl nc r y s t a l n d ：y v 0 4i so n eo ft h em o s te x c e l l e n tl a s e rc r y s t a l sa n dh a sb e e ne x t e n s i v e l y 山东大学博士学位论文 a p p l i e dt ot h ed i o d e p u m p e ds o l i ds t a t el a s e r sd u et oi t sn o t a b l ef e a t u r e ss u c ha sl o w l a s i n g t h r e s h o l da n dh i 曲s l o p ee f f i c i e n c y t h e e f f i c i e n t , m u l t i w a t ta n d c o n t i n u o u s - w a v e ( c w ) l a s e ro p e r a t i o no nt h e4 f 3 尼j i g at r a n s i t i o na t9 1 4 5 姗h a s b e e na c h i e v e d p l a n a rw a v e g u i d eo nn d ：y v 0 4w a sf o r m e db y3 0m e v0 i o n i m p l a n t a t i o n , t h ei o nd o s ei s1xl0 1 5 i o n s c m 2 ；w ea l s om a k ep l a n a rw a v e g u i d eo n n d ：y v 0 4b ys i n g l e - e n e r g y ( 2 6 m e v ) a n dm u l t i - e n e r g y ( 3 0 m e v + 2 6 m e v + 2 2 m e v ) s i i o ni m p l a n t a t i o n i na l lt h e s ew a v e g u i d e si n d e xi n c r e a s i n gw r ef o u n di ng u i d i n g r e g i o n t h e s ei n c r e a s i n ga r ec o m p a r a t i v e l yh i g h e rt h a nt h o s eo f o t h e ro p t i c a lc r y s t a l s ， w ea t t r i b u t et h i sp h e n o m e n o nt ot h eh i g hb i r e f r i n g e n c eo f n d ：y v 0 4 w eu s er c m t o s i m u l a t et h em f i a c t i v ei n d e xp r o f i l eo fw a v e g u i d ea n da l s of o u n dt h a tah i 曲i n d e x i n c r e a s i n gi nw a v e g u l d er e g i o n ，t h e r ei so n l ya s m a l ld e c r e a s ei no p t i c a lb a r r i e rr e g i o n s i n g l e - e n e r g yi m p l a n t e dw a v e g u i d ea n dm u l t i - e n e r g yi m p l a n t e dw a v e g u i d em o d e s w e r ec o m p a r e d ，t h e yh a v eq u i t es i m i l a rv a l u e r u b i d i u mt i t a n y l p h o s p h a t e ，r b l i o p 0 4 ( r t p ) ，i s a no r t h o r h o m b i c c r y s t a l ， i s o s t r u c t a r a lw i t ht h ew e l lk n o w np o t a s s i u mf i t a n y lp h o s p h a t e ，k t i o p 0 4 ( k t p ) ， n o n - l i n e a ro p t i c a lc r y s t a l r t ph a sh i g l ln o n - l i n e a ro p t i c a la n de l e c t r o o p t i c a l c o e f f i c i e n t s ，h i g l lo p t i c a ld a m a g et h r e s h o l d ，l o wd i e l e c t r i cc o n s t a n t sa n dc h e m i c a l s t a b i l i t y , t h a tc o u l dd r i v et oi m p o r t a n ta p p l i c a t i o n s i n1 1 0 1 1 l i n e a r o p t i c s a n d e l e e t r o o p t i c s w eh a v ef o r m e dw h a ti sb e l i e v e dt ob et h ef i r s tp l a n a ro p t i c a l w a v e g u i d ei nr t pc r y s t a lb y3 0 m e vh ei o ni m p l a n t a t i o nw i t hd o s eo f1 , o x l o l 6 i o n s e r a 2a tr o o mt e m p e r a t u r e d a r km o d e sw e r em e a s u r e da f t e ri m p l a n t a t i o nb y p d s mc o u p l i n gm e t h o d w eu s er c mm e t h o dt os i m u l a t et h er e f r a c t i v ei n d e xp r o f i l e v i i i 山东大学博士学位论文 o ft h ew a v e g u i d e t h e r ei sa1 6 i n d e xd e c r e a s ei nt h eo p t i c a lb a r r i e ra n di nt h e g u i d i n gr e g i o nt h e r ei sn oo b v i o u sc h a n g e a _ f = i e r2 0 0 。c 锄n e a l 沁f o r6 0m i n u t e st h e d a r km o d e si n d e xi n c r e a s eal i t t l e , t h i sm o r n st h a tt h er e f r a c t i v ei n d e xo fw a v e g u i d e r e c o v e r e dt os o m ee x t e n t w eg o tt h en e a rf i e l dl i g h td i s t r i b u t i o no fa n n e a l e d w a v e g u i d eb ye n d - f i r ec o u p l i n gm e t h o da n do b s e r v e dt w op r o p a g a t i o nm o d e ，t h i s m e a n st h a tt h ea n n e a l i n gr e d u c e dt h ew a v e g u i d el o s s k e yw o r d s ：i o ni m p l a n t a t i o n ，w a v e g u i d e ，c h a n n e lw a v e g u i d e ，r e f r a c t i v ei n d e x p r o f i l d e i x 山东大学博士学位论文 x 符号说明 以： 介质的折射率 曰： 光线与界面法线的夹角 j ： 光波的波矢 肼： 导模的阶数 穸；光波的捆移 卢；波导传播常数 ： 光波导的有效折射率 t e 波； 电场垂直于波传播方向的模式 t m 波： 磁场垂直于波传播方向的模式 ： 频率 岛：真空介电常数 “：真空磁导率 ： 折射率相对差 n 归一化频率 五： 光波的波长 r b s ： 卢瑟福背散射 r b s c h a n n e l i n g ：卢瑟福背散射，沟道 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己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：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，可以采用影印、缩印或其他 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) 论文作者签名：导师签名：日期： 山东大学博士学位论文 第一章绪论 上世纪6 0 年代末，随着微波、激光、半导体、薄膜光学和集成电路理论与 技术的迅速发展，逐渐形成了集成光学的雏形1 9 6 9 年美国贝尔实验室的 s e 。m i l l e r 首先提出了“集成光学”( i n t e g r a t e do p t i c s ) 的概念。从那时到现在，集 成光学无论在理论与应用方面都得到了