离子辐照技术制备中红外晶体光波导的特性研究

作     者：张新彬 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张永成;程亚洲

授予年度：2022年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：离子辐照 飞秒激光烧蚀 光波导 拉曼光谱 

摘      要：光波导是由折射率较低的区域包裹折射率较高的区域利用全反射原理将光束限制在高折射率区域内部向前传播的微型器件。光波导性能的优劣直接影响微型元件的性能,进而决定了集成光学元件的工作质量。现如今对可见光波长下的光波导的研究已十分广泛,但对于中红外波段的光波导的研究还相对较少。本文中我们选择合适的中红外晶体材料,使用载能离子辐照技术在中红外晶体材料表面制备平面光波导,然后使用划片机精密切割或飞秒激光烧蚀技术两种精密加工手段来制备出脊形光波导,并研究制备光波导的导波特性。创新性的提出利用热退火技术来优化光波导的传输性能,使用拉曼光谱研究离子辐照对晶体晶格结构影响。根据制造材料与加工方法的差异,将论文内容工作总结如下:采用25 MeV O离子辐照,再利用划片机精密切割制备出CaF晶体脊形波导。通过端面耦合系统测量导波性能,热退火技术优化传输性能,研制出在4μm波长TM模式下传输损耗为0.5 d B/cm的CaF晶体脊形波导。拉曼光谱证明25 MeV O离子辐照没有造成CaF晶体的晶格损伤。实验为CaF晶体脊形波导在中红外集成光学领域的应用提供了实验基础。采用15 MeV C离子辐照,再通过划片机精密切割在ZnSe晶体中制备脊形波导。使用端面耦合系统结合热退火技术,研制出传输损耗为0.8 d B/cm(λ=1.064μm)、0.6 d B/cm(λ=2.2μm)和0.4 d B/cm(λ=4μm)的ZnSe晶体脊形光波导。拉曼光谱证明15 MeV C离子辐照没有对ZnSe晶体的晶格造成损伤。实验证明低损耗的ZnSe晶体脊形波导,在中红外集成光学领域具有广泛的应用前景。利用25 MeV O离子辐照,再使用划片机精密切割制备出ZnS晶体脊形光波导。使用端面耦合系统结合热退火处理,研制出在4μm波长TE模式下传输损耗降低至0.4 d B/cm的ZnS脊形光波导。同时,还研究了使用1.2 Ge V Kr离子辐照结合飞秒激光烧蚀技术制备ZnS晶体脊形光波导。研制出在4μm波长TE模式下传输损耗为0.6 d B/cm的ZnS脊形光波导。实验证明低损耗的ZnS脊形光波导能够广泛应用于中红外集成光学领域。实验研究用15 MeV C离子辐照,再使用飞秒激光烧蚀制备BaF晶体脊形波导。端面耦合系统测量波导性能。采用了一系列的热退火处理,研制出在4μm波长TE模式下传输损耗为0.5 d B/cm的BaF晶体脊形光波导。共聚焦拉曼光谱表明,C离子辐照后BaF晶体的晶格结构基本没有变化。实验证明采用上述方法制备BaF晶体脊形波导,在中红外集成光学领域具有重要的应用前景。