高温质子交换铌酸锂波导制备工艺研究

《高温质子交换铌酸锂波导制备工艺研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、高温质子交换锭酸锂波导制备工艺研究作者简介：王腾飞(1988),男，山东滨州人，硕士研究生，主要从事光波导与集成光学方面研究。摘要：研究了一种高温质子交换制备覩酸锂光波导的工艺技术，质子源是稀释的苯甲酸熔融液，通过提高蒸气压的方法实现了350°C质子交换，X线衍射测试表明波导层具有单纯的a相结构。采用该技术实验制备了覩酸锂Y分支波导，报告了波导单模特性的测试判断方法，研究了控制波导单模传输的T艺环节。测试表明，试制样品在1310nm和1550nm波长下具有良好的单模传输特性。关键词：导波光学；觇酸锂波导；高温质子交换；相位调制器屮图分类号：TN252文献标识码：Adoi：

2、10.3969/j.issn.1005引言IJNbO3材料易于生成较大的透明单晶并具有优异的电光、声光及非线性光学系数，材料的化学性能稳定，被广泛用于制备多种光波导器件［12］。1982年Jackel等人首次利用LiNb()3与苯甲酸进行质子交换制备了光波导［3］,质子交换觇酸锂波导的折射率增量是各向异性的，异常光折射率增大，寻常光折射率略微减小，是一种单偏振的光波导。利用单偏振特性，质子交换觇酸锂波导在光纤陀螺系统中被广泛用来制作相位调制器［4］。常见的觇酸锂质子交换技术有两种，一个是退火质子交换(annealedprotonexchange,APE),还有一个是软质子

3、交换(softprotonexchange,SPE)OAPE技术制备的波导存在多种晶相的层状叠加，温度特性不稳定［5］。SPE技术制备的波导显示a相，但是制备时间非常长，制造成本高［6］。近年有报道认为，采用高温质子交换方法可以在较短的时间内形成Q相的觇酸锂波导［7］,高温质子交换在质子源沸点以上的温度屮进行，常规工艺难以实现。为此，本工作实验研究高温质子交换的工艺技术，包括设备开发和工艺探索。试制的波导样品经X射线衍射测试，显示良好的a相结构。1质子交换LiNb()3波导的晶相质子交换LiNb()3波导的结构十分复杂，Rice等报道了质子交换后得到的Lil-xHxNbO

4、3粉末在0

5、对单纯，但是仍不能形成完全的a相，构成波导的是几种晶相的层状叠加［9］。尽管退火处理改善了波导的电光和非线性等特性，但与锯酸锂品体的光学性能相比还冇较大的差距［5］。软质了交换在稀释的H+质子源中进行，由于降低了交换反应的平衡常数，无需热处理即可形成。相波导，但是交换时间非常长［6］。高温质子交换的交换温度在300°C以上，使用稀释的11+质子源，可以用较短的交换时间形成a相波导，波导基木维持覩酸锂木征的非线性光学特性和电光特性，适于制作高质量的觇酸锂电光调制器[10]O2高温质子交换锐酸锂波导样品的制备和测试基板采用X切Y传LiNb03晶片，按照氨水-双氧水-去离子水-

6、无水乙醇的程序清洗LiNb03基板，120°C/30min干燥。质子源的稀释釆用低温质子交换方法，将定量称取33:1的苯甲酸和觇酸锂粉末混合后，240°C恒温5h,滤除觇酸锂粉末、冷却后获得掺有约3%苯甲酸锂的稀释苯甲酸。然后在稀释的苯甲酸熔融液中做LiNb03晶片的高温质子交换，交换温度是350°Co由于质子源的大气沸点在250°C附近，实验使用密封石英容器，借助饱和汽压來提高沸点。密封石英容器分为上下两层，上层安置LiNb03晶片，下层放入稀释苯甲酸，中间的右英隔板开有均匀分布的圆形小通孔。密封石英容器置于自行开发的密闭加热金属罐中，金属罐内充氮气來平衡石英容器内的蒸

7、气压，氮气压力伴随温度的升高逐渐增加，350°C时的氮气压力是L35MPa。到达350°C时，将密封石英容器上下翻转，稀释苯甲酸熔融液流过隔板浸没LiNb03晶片，质子交换计时开始。350°C氛围恒温10h后，再次上下翻转石英容器，滤出LiNb03晶片，质子交换计时结朿。自然降温过程中逐步释放氮气降压，接近室温时取出样品。该平面波导样品传输TE模，用棱镜耦合m线技术观察到2个模式。波导晶相判断采用了X线衍射分析，图1(a)是测试结果，横坐标是相对衍射角，纵处标是相对衍射光强，主峰是LiNb03晶片的特征谱，小的次峰是Q相的特征