介电晶体光波导的制备及其应用

介电光学晶体种类繁多,具有丰富的功能属性,在科学研究、生产生活的各个领域有着广泛的应用.光波导是基本的光学微结构之一.基于介电光学晶体的光波导结构是组成集成光子学器件的重要元件.利用飞秒激光直写或者载能离子束辐照技术,可以有效调控晶体材料局部区域的折射率分布,形成低损耗的光波导结构.本文将介绍介电晶体光波导(包括单晶薄膜)的制备方法及相关的波导性能,综述介电晶体光波导在激光产生、非线性光学频率转换、信号调制以及量子信息中的应用,并对这一领域的未来研究进行展望.     

KTP同型取代晶体的结构与性能关系

磷酸钛氧钾(KTiOPO_4,KTP)晶体是一种性能优良的非线性光学材料,它具有大的非线性光学系数与电光系数、宽的透光波段、能在较宽的温度范围内实现I,II类位相匹配、高的激光损伤阈值、热稳定性优良、能量转换效率高等优点,正因为它具有这些优良性能,从而促成了KTP晶体广泛地应用于激光倍频、和频和差频、光参量振荡与放大以及电光调制、Q开关和声光调制等技术范畴.KTP晶体通过离子交换处理,成为电光、倍频波导等集成光学的重要材料,另外,KTP薄膜材料发展很快,大有希望成为21世纪有发展前途的光子器件材料,这些优良的非线性光学性能以及其多功能用途,主要渊源于KTP晶体结构的多样性与敏感性,KTP晶体结构模型,如图1所示KTP晶体的点群为C_(2v)-mm2,空间群为C_(2v)~9-Pna2_1,晶胞参数:a=1.2823nm,b=0.6416nm,c=1.0589nm,     

LiTaO_3单晶的导热性能及其与相变、晶轴方向关系的研究

钽酸锂(LiTaO_3)单晶是一种具有良好压电、热电和电光性能的重要铁电晶体,对其许多物性已作了广泛研究。但是,由于实验上的困难,与该晶体应用密切相关的导热性能研究甚少,它在较高温度下和在不同晶轴方向的导温系数(即热扩散率,Thermal diffusivity)及其     

基于光子晶体的楔形槽波导的慢光效应分析

提出了一种基于光子晶体楔形槽波导来实现光速减慢的方案, 该方案通过改变光子晶体槽波导中空气槽的宽度来改变导波模的色散特性. 当空气槽的宽度减小时, 导波模色散曲线向低频方向移动. 当某个频率的光沿着光子晶体楔形槽波导传播时, 群速度逐渐减慢, 在满足截止频率条件时群速度降为0. 另外, 空气槽内可以填充其他低折射率的电光或高非线性材料, 被束缚在槽内的慢光与槽内填充物质的相互作用加强, 可以用来实现小体积高灵敏度的各种全(电)光器件, 而且这种光子晶体楔形槽波导通过结构参数优化能够实现慢光的色散补偿, 为实现无高阶色散的超宽带慢光提供了可能.     

铌酸锂晶体中一种新的OH~-吸收带

铌酸锂(LiNbO_3)单晶和光波导在激光技术中被广泛用作电光、声光和非线性光学材料。但这类晶体中极易发生的光折变效应已成为进一步提高光电子器件性能的严重障碍。将大于4.6mol％MgO加入生长LiNbO_3晶体的一致熔化组分的熔体中,晶体抗光伤能力有成百倍的增加;而且已经判明,这一改进并不是由于光伏电流的减少,而是由于晶体光电导率的增加。     

透明铁电薄膜的织构生长及薄膜铁电性研究

钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅镧等铁电陶瓷已在压电、热释电器件中得到广泛的应用,其薄膜形式由于能集成化,可用于多种微电子器件,如非挥发性存储器(NVFRAM)、声表面波器件(SAW)、光开关、波导、调制器等,在微电子和光电子领域有巨大应用潜力。掺镧钛酸铅薄膜有较强的电光特性,铁电薄膜的制备方法常用的有磁控溅射、Sol-Gel和MOCVD,磁控溅射在精确控制薄膜的化学计量比上有困难,Sol-Gel和MOCVD工艺要求特殊的金属有机化合物;脉冲激光沉积(pulsed laser deposition)方法,简称PLD,用陶瓷作靶材可以保持靶、膜成分一致,能在大氧压下沉积高熔点材料,目前采用PLD技术已成功地制备出YBCO,PZT等多种薄膜。在硅衬底上以PLD法制备多晶(Pb,La)TiO~3薄膜已有报道。     

胶体晶体制备与应用研究进展

不同于由分子、原子或离子所形成的晶体,胶体晶体是由单分散的微米或亚微米胶体颗粒组装形成的二维或三维有序阵列结构.与通常晶体相比,胶体晶体中占据每一个晶格点的是单分散的胶体粒子.由于具有特殊的周期性晶格结构和光学、模板等性能使其在制备三维有序大孔材料、光子晶体和传感器等领域有着重要的应用价值,受到科学界和工业界的广泛重视.本文综述了近几年来在胶体晶体制备和应用领域研究的最新进展,包括单分散胶体颗粒的制备及功能化、不同类型胶体晶体的自组装制备和图案化、以及胶体晶体在构筑晶体结构模型、二维有序微结构、三维有序大孔材料、光子晶体、传感器和仿生材料等领域的应用,并对其未来研究发展的方向进行了展望.     

热处理工艺对KTa0.65Nb0.35O3薄膜结晶学性能的影响

钽铌酸钾(KTa_(1-x)Nb_xO_3,简称KTN),铁电与顺电相变温度(T_c)可通过改变钽铌比调节,将T_c调节到近室温附近,其晶体具有良好的热释电、电光和非线性光学性质,可用于热释电探测器、电光调制器、电光偏转器、全息存贮等,其薄膜可用于光电子器件和集成光学器件中.当x=0.35时,KTN在无机材料中具有最大的二次电光系数.我们用Sol-Gel法制备了其沿(100)、(111)取向生长的薄膜.薄膜的结晶学性能对薄膜的电学、光学和电光性能有很大的影响,如焦绿石结构相的存在,使KTN薄膜失去铁电性.另外,薄膜的Curie温度(T_c)升高,介电温谱峰竞化,剩余极化强度降低,电滞回线变窄等,不仅与尺寸效应、衬底对薄膜的应力有关,而且与薄膜的结晶学性能有关.本文研究了热处理工艺对薄膜的结晶学性能的影响.     

MeV B离子注入铌酸钾晶体形成光波导的微结构研究

ＭｅＶ离子注入已被用于研制光波导,特别是对低温相变材料尚属目前唯一的手段,铌酸钾晶体(ＫＮｂＯ3,简称ＫＮ)即为具有低温相变性质的非线性光学材料,被认为是最有应用前景的波导材料之一.近年来,文献[1,2]报道了利用ＭｅＶ轻离子Ｈ或Ｈｅ注入法研究ＫＮ晶体的光波导特性.我们依据重离子与物质相互作用的特点,能够在降低注入剂量,形成稳定的波导边界和减少光损耗方面较之轻离子注入更为有利.在文献[3]中报道了用60ＭｅＶＢ离子,1×1015ｃｍ-2剂量注入ＫＮ晶体形成非渗漏型光波导的新结果.本文用高分辨ＴＥＭ进一步对样品做了光波导的微结构…     

神通广大的超声加工

随着科学技术的不断发展,硬脆材料(玻璃、光学玻璃、陶瓷、石英、铁氧体、锗、硅、各种晶体、宝石、金刚石等)的应用愈来愈广,常常需要利用这些材料制造各种零件和在零件上进行各种加工。一般说来,这些材料由于硬度高、脆性大、又不导电,加工比较困难。尤其是要在这类材料零件上加工出不规则形状的通孔和盲孔、深孔和螺纹,以及用成形     

层状硅酸盐Magadiite的层板剥离

以十六烷基三甲基溴化胺和四丙基氢氧化铵为膨化剂,利用超声波的空化作用将合成的层状硅酸盐Magadiite进行层板剥离,从而制备了一种新型介孔材料.采用了XRD、氮气吸附、NMR,IR,SEM和TEM等表征工具对这种材料的结构和形貌进行了详细的表征.研究结果表明:这种材料在长程上是无序的而在短程上是有序的.此外,这种新型介孔材料不仅具有高的比表面,而且约有一半的部分是外表面.形貌观察进一步表明这种介孔材料的孔壁是由不规则的单个晶体片层组成.由于这些结构特点,这种新型介孔材料同时满足了孔壁晶体化,良好的大分子可接近性的要求.     

层状硅酸盐Magadiite的层板剥离

以十六烷基三甲基溴化胺和四丙基氢氧化铵为膨化剂, 利用超声波的空化作用将合成的层状硅酸盐Magadiite进行层板剥离, 从而制备了一种新型介孔材料. 采用了XRD、氮气吸附、NMR, IR, SEM和TEM等表征工具对这种材料的结构和形貌进行了详细的表征. 研究结果表明: 这种材料在长程上是无序的而在短程上是有序的. 此外, 这种新型介孔材料不仅具有高的比表面, 而且约有一半的部分是外表面. 形貌观察进一步表明这种介孔材料的孔壁是由不规则的单个晶体片层组成. 由于这些结构特点, 这种新型介孔材料同时满足了孔壁晶体化, 良好的大分子可接近性的要求.     

低损耗Ti扩散LiNbO_3光波导

LiNbO_3是集成光学领域中已经广泛研究的材料.它可以制作良好的光波导以及优质的各种元件(除光源和探测器外).1974年Schmidt和Kaminow对Ti扩散LiNbO_3光波导进行了大量的研究,主要是想获得低损耗的单模光波导.     

基于模板剥离法制备有机晶体发光二极管器件及其特性

有机晶体材料由于具有低的杂质含量、高的载流子迁移率、以及高的荧光量子效率在光电器件领域受到人们广泛的关注.但是,由于有机晶体材料具有易碎、致柔且对有机溶剂敏感等特性,导致其难于制备发光二极管器件.本文设计了一种简单且无破坏性的工艺方法,即模板剥离法,制备有机晶体发光二极管器件.基于此方法通过改善晶体与电极之间的接触,可使载流子均匀注入晶体有源层,从而获得了均匀电致发光的二极管器件.     

碘酸锰球晶的电子吸收光谱

许多碘酸盐晶体由于有着优异的非线性光学、压电效应、电光效应等性能,近年来引起了人们的极大关注。为了寻找具有复合效应的材料(如磁光晶体),许多研究者对过渡金属碘酸盐的晶体生长和物理性质进行了系统研究,但     

二维光子晶体微加工方法的研究与进展

光子晶体这类新型材料的出现使人们操纵和控制光子的梦想成为可能, 全光集成也将会因光子晶体的应用有突破性进展. 光子晶体集成能否实现将以光子晶体器件为基础, 因此首先要研究并实现将在光子集成上有很大应用前景的半导体材料的各种有源和无源光子晶体器件. 二维光子晶体研制的最实用和最重要手段是微加工方法. 总结了近红外波段的二维光子晶体微加工方法, 包括电子束曝光、模板选用和干法刻蚀等, 并进行了评述和展望, 介绍了自己的工艺方法.     

单个准分子激光脉冲和位相光栅模板制作表面周期结构

近年来,准分子激光器(excimer laser)以其高能量的脉冲式紫外(193nm或248nm)激光输出特征而被人们用于部分薄膜材料的加工和制备,其原理是用聚焦后的准分子激光脉冲对靶材进行轰击,一定条件下将轰击出来的靶材颗粒均匀沉积在基片上便可以生长出薄膜结构,这种方法又称为PLD(Pulse laser deposition)技术.利用准分子激光器和石英位相光栅模板,人们已经在光敏光纤和光敏光波导中写入了性能良好的Bragg折射率光栅,由于LiNbO_3(LN)和 LITaO_3(LT)这两种重要的光学晶体均对准分子激光波长(248 nm)产生强烈吸收,所以当它们被该激光照射时,激光能量将被晶体吸收并产生热量.如果激光的能量密     

量子点与光子晶体微腔的耦合

近20年来,量子点与光子晶体微腔的耦合体系受到了国内外的广泛关注,并取得了迅速的发展.它提供了一个有效的光与物质相互作用的量子界面,在光学器件的优化以及量子信息处理等方面都有广泛的应用前景;同时,它具有高集成度,通过与波导集成可实现片上集成的光学芯片.本文主要介绍了自组织生长量子点与光子晶体微腔及其耦合体系的基本原理和...     

基于晶格缺陷的谷极化三维弹性声子晶体的拓扑界面传播特性

晶格缺陷(包括旋错和位错等)广泛存在于各种材料,并呈现出优异的物理和力学性能.在经典波动体系,晶格缺陷态首先应用于二维光学系统,实现了晶格缺陷激发的谷极化界面态和束缚态.本文设计了一种三维弹性声子晶体,其单胞在第一布里渊区的K-H方向线性简并.打破单胞的镜像对称性,该三维弹性声子晶体沿第一布里渊区K-H方向的简并线打开而形成完全带隙,激发出谷极化量子霍尔效应.将晶格缺陷态引入具有谷极化量子霍尔效应的三维弹性声子晶体,晶格畸变导致单胞谷极化拓扑相反转而形成界面,实现了弹性波在三维弹性声子晶体的稳健界面传播.基于晶格缺陷的谷极化三维弹性声子晶体拓扑界面态的实现,突破了传统经典波动系统拓扑波导设计的局限性,为三维复杂拓扑波导器件设计提供了良好的技术支撑.     

四方钨青铜型结构铌酸盐铁电体的低温相变

许多具有四方钨青铜型结构的铌酸盐是铁电体,铌酸锶钡(SBN)和铌酸锶钡钾钠(KNSBN)是其中两个熟知的系列。这些晶体由于具有优良的电光特性,非线性光学特性和热电性而受到人们的重视。关于这两类晶体的高温相变已有不少研究。它们的高温顺电相属