Введение
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 9
ВВЕДЕНИЕ 22
Глава 1. ФОТОРЕФР АКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДАХ И ИХ ФОРМИРОВАНИЕ В КРИСТАЛЛАХ 27
1.1. Фоторефрактивный эффект и запись фазовых голограмм в оторефрактивных кристаллах и волноводах 27
1.1.1. Введение 27
1.1.2. Теория записи фазовых голографических решеток в фоторефрактивных кристаллах. Механизмы топографической записи 29
1.1.2.1. Фотовольтаический механизм записи 30
1.1.2.2. Запись на свободных носителях 31
1.1.2.3. Поляризационный механизм 32
1.1.2.4. Диффузионный механизм 33
1.1.2.5. Тепловой механизм 33
1.1.3. Расчет стационарных решеток 34
1.1.4. Процессы стирания решеток 35
1.1.5. Фазовые стационарные решетки в сегнетоэлектрических кристаллах 38
1.1.6. Фиксация фазовых голограмм в фоторефрактивных кристаллах 40
1.1.7. Особенности голографической записи в двупреломляющих
фоторефрактивных кристаллах и анизотропных оптических волноводах 41
1.2. Методы формирования и ионообменного легирования волноводов в
кристаллах ниобата и танталата лития 48
1.2.1. Титан-диффузионные волноводы 48
1.2.2. Волноводы получаемые имплантацией ионов 50
1.2.3. Ионообменные волноводы и процессы их легирования 51
1.2.4. Протонообменные световоды в кристаллах ниобата лития 52
1.2.5. Структурно-фазовые диаграммы для Z-, Х- и Y-срезов 55
1.2.6. Особенности прямого протонного обмена 58
1.2.7. Этапы разработки технологии ионообменного легирования кристаллов и оптических волноводов 60
Выводы к главе 1 62
Список использованных источников к главе 1 63
Глава 2. ФОРМИРОВАНИЕ ФОТОРЕФРАКТИВНЫХ ВОЛНОВОДОВ В КРИСТАЛЛАХ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ 66
2.1. Технологии формирования оптических волноводов и их легирования методом ионного обмена 66
2.1.1. Аппаратурное оформление метода ионного обмена 66
2.1.2. Приготовление легирующих расплавов и проведение процесса ИДЛ 67
2.1.3. Подготовка поверхности исходных кристаллов 67
2.2. Технология получения волноводов методом имплантации легких ионов 67
2.3. Формирование титан-диффузионных волноводов 70
2.4. Методы исследования физических и химических свойств исходных кристаллов и получаемых оптических волноводов 71
2.4.1. Методы определения структуры и химического состава оптических волноводов и легированных кристаллов 72
2.4.2. Методы оптической спектроскопии 75
2.4.3. Голографические методы исследования фоторефрактивных волноводов 77
2.4.4. Методы определения профилей показателя преломления оптических волноводов 80
2.4.5. Восстановление профилей показатеші преломления в волноводных
поверхностных слоях 83
Выводы к главе 2 89
Список использованных источников к главе 2 90
Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОТОРЕФРАКТИВНЫХ И ОСНОВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРИСТАЛЛОВ 93
3.1. Определение электрооптических и нелинейно-оптических коэффициентов в кристаллах с помощью методов колебательной спектроскопии 93
3.1.1. Теория связи КРС с электрооптическим эффектом 93
3.1.2. Исследование зависимости оптических, электро-оптических и нелинейно-
оптических свойств от композиционного состава кристаллов танталата лития98
3.1.2.1. Определение композиционного состава кристаллов танталата лития 98
3.1.2.2. Зависимость электро-оптических коэффициентов от композиционного состава кристаллов 108
3.2. Исследование фоторефрактивиых кристаллов и волноводов методом
спектроскопии КРС 113
3.2.1. Техника измерений спектров КРС в фоторефрактивных кристаллах 113
3.2.2. Влияние фотоиндуцированного рассеяния света на спектры КРС
фоторефрактивиых кристаллов 115
3.2.3. Исследование динамики фотоиндуцированных процессов 117
3.3. Исследование вклада собственных дефектов в фоторефрактивный эффект в
кристаллах LiNb03 125
3.3.1. Исследование оптических свойств кристаллов ниобата лития 125
3.3.2. Зависимость фоторефракции от интенсивности лазерного излучения и
концентрации собственных дефектов 127
3.3.3. Двухцентровая модель фоторефракции 135
3.3.4. Дополнительный механизм заполнения вторичных фоторефрактивных
центров 137
3.3.5. Фоторефрактивная чувствительность номинально чистых кристаллов ниобата
лития 142
Выводы к главе 3 146
Список использованных источников к главе 3 147
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ В КРИСТАЛЛАХ 150
4.1. Определение спонтанной поляризации и коэффициентов нелинейной восприимчивости для планарных волноводов 150
4.1.1. Особенности приготовления Lii.xHxNb03 волноводов с контролируемым фазовым составом и техника их измерений 150
4.1.2. Сравнение спектров оптического поглощения ПО волноводов содержащих различные HxLii,xNbOj фазы на кристаллах Х-среза 153
5 4.1.3, Определение спонтанной поляризации и коэффициентов нелинейной
восприимчивости в ПО волноводах на кристаллах LiNbOj Х-среза 157
4Л .4. Сравнение спектров оптического поглощения ПО волноводов содержащих
различные НЛЛі.ЛЧЬОз фазы на кристаллах Z-среза 165
4.2. Исследование структуры и электро-оптических свойств протонообменных
ЬіТаОз волноводов 171
4.2.1. Изготовление протонобменных волноводов и определение их структурно-фазовых и оптических параметров 172
4.2.2. Спектры ИК поглощения и отражения разных НДл^ДаОз фаз 173
4.2.3. Определение электрооптических и нелинейно-оптических коэффициентов в волноводах с помощью методов колебательной спектроскопии. 182
4.3. Исследование оптических волноводов и дефектов, индуцируемых имплантацией
легких ионов в кристаллах ниобата и танталата лития 185
4.3.1. Введение 185
4.3.2Теоретическая модель образования волноводных слоев 186
4.3.2.1. Распределение пробегов ионов водорода и гелия в кристаллах 187
4.3.2.2. Изменение показателя преломления в облученных кристаллах 191
4.3.3. Техника ионной имплантации и пост имилантационной обработки
образцов 194
4.3.4. Исследование структурных изменений в кристаллах подвергнутых ионной
имплантации 198
Выводы к главе 4 205
Список использованных источников к главе 4 206
Глава 5. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕГИРОВАННЫХ ФОТОРЕФР АКТИВНЫМИ ПРИМЕСЯМИ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ В КРИСТАЛЛАХ НИОБАТА И ТАНТАЛАТА ЛИТИЯ 210
5.1. Изготовление и исследование протонобменных волноводов в кристаллах ниобата лития легированных медью с помощью ионного обмена 210
5.1.1. Использование ионного обмена для изготовления легированных медью
протонобменных волноводов в кристаллах ниобата лития 212
Список использованных источников к главе 4 314
5.1.2. Исследование легированных медью ПО волноводов в кристаллах ниобата
лития 216
5.2. Влияние ионного обмена медь-водород на профиль показателей преломления
иланарных протонобменных волноводов в кристаллах ниобата и танталата
лития 231
5.2.1. Особенности применения метода модовой спектроскопии в легированных медью волноводах 231
5.2.2. Исследование легированных медью ПО волноводов в кристаллах танталата лития 233
5.2.3. Исследование профилей показателя преломления в легированных медью протонообменных волноводах в кристаллах ниобата лития 23 8
5.3. Исследование фоторефрактивной и голографической чувствительности
легированных медью протонообменных волноводов в кристаллах танталата и
ниобата лития 246
5.3.1. Использование ионного обмена для изготовления легированных медью
протонобменных волноводов в кристаллах танталата лития 246
5.3.2. Запись фазовых голограмм в Си:Н:ЬіТаОз волноводах 250
5.3.3. Исследование голографической чувствительности фоторефрактивных
волноводов нового типа. Параметры фазовых голограмм в Cu:H:LiNb03
волноводах 258
5.4. Формирование фоторефрактивных волноводов в кристаллах LiNb03 с
помощью технологии комбинирующей методы ионного обмена и ионной
имплантации 265
5.4.1. Особенности формирования легированных гелий-имплантированных волноводов в кристаллах ниобата лития 268
5.4.2. Исследование оптических свойств легированных гелий-имплантированных
волноводов 270
5.4.3. Исследование фоторефрактивных свойств легированных волноводов 271
Выводы к главе 5 282
Список использованных источников к главе 5 284
Глава 6. РАЗРАБОТКА ФОТОРЕФРАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОГГГОЭЛЕКТРОНИКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ФОТОРЕФРАКТИВНОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ В ТРАДИЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ И ВОЛНОВОДАХ 288
6.1. Использование фоторефрактивных волноводов для создания дифракционных
интегрально-оптических устройств 288
6.1.1. Требования предъявляемые к фоторефрактивным голографическим решеткам для их применений в интегрально-оптических устройствах 288
6.1.2. Изготовление фоторефрактивных канальных волноводов 290
6.1.3. Техника и методика голографической записи фоторефрактивных решёток. 291
6.1.4. Исследование спектральной селективности фоторефрактивных решеток... 295
6.2. Использование фоторефрактивных брэгговских решеток для создания
интегрально-оптических элементов с фотонной запрещенной зоной 305
6.2.1. Волиоводные структуры с распределёнными брэгговскими отражателями (РБО) 306
6.2.2. Линии задержки на основе волноводов с фоторефрактивными брэгговскими решетками 310
6.2.3. Сенсоры на основе оптических волноводов с фотонно-крметаллической
структурой 317
6.3. Изготовление интегрально-оптических элементов на основе канальных
волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития 322
6.3.1. Формирование одномодовых канальных пр ото но обменных волноводов в кристаллах ниобата лития методом отожженного протонного обмена 322
6.3.2. Изготовление и исследование канальных HxLii.xNb03 волноводов, формируемых методом высокотемпературного протонного обмена 326
6.3.3. Исследование канальных волноводов методом ближнепольной оптической микроскопии 330
6.3.4. Использование ПО волноводов для создания многофункционального
интегрально-оптического элемента 336
6.3.5. Создание датчиков электрического поля на основе интегрально-оптического
модулятора переключающего типа 338
6.4. Исследование эффекта фоторефрактивного повреждения и путей его подавления в оптических волноводах и интегралы-го-оптических устройствах на телекоммуникационных длинах волн 342
6.4.1. Фоторефрактивное повреждение в канальных волноводах и интегрально-
оптических интерферометрах, светоиндуцированные изменения фазы 343
6.4.2. Влияние фоторефрактивного эффекта на работу направленных ответвителей,
Y-разветвителей и электро-оптических модуляторов Др типа 352
6.4.3. Эффект фоторефрактивного повреждения в телекоммуникационных модуляторах на основе интерферометра Маха-Цандера 354
6.4.4. Эффект фоторефрактивного повреждения в телекоммуникационных
волновых конверторах и генераторах второй гармоники 3 60
Выводы к главе 6 367
Список использованных источников к главе 6 368
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 372
