【摘 要】
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铌酸锂是一种重要的光电功能晶体,集压电、电光、声光、非线性、热释电等诸多光电功能于一身,在非线性光学、全固态激光技术、量子信息技术和集成光子学领域有重要应用。光波导是铌酸锂集成光子器件的基本功能单元,结合准相位匹配技术,铌酸锂光学超晶格波导可实现高效的非线性频率转换,其设计结构、制备工艺和性能的表征尤其重要。在本论文中,我们确定了从铌酸锂晶圆到超晶格波导的完整且闭环的制备工艺流程,优化了质子交换铌
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铌酸锂是一种重要的光电功能晶体,集压电、电光、声光、非线性、热释电等诸多光电功能于一身,在非线性光学、全固态激光技术、量子信息技术和集成光子学领域有重要应用。光波导是铌酸锂集成光子器件的基本功能单元,结合准相位匹配技术,铌酸锂光学超晶格波导可实现高效的非线性频率转换,其设计结构、制备工艺和性能的表征尤其重要。在本论文中,我们确定了从铌酸锂晶圆到超晶格波导的完整且闭环的制备工艺流程,优化了质子交换铌酸锂超晶格波导的制备技术,制备出了低损耗的质子交换波导,并对器件的倍频性能进行了表征,主要包括以下几个部分的内容:1、对基于铌酸锂的非线性光学研究背景做了简要介绍,详细介绍了铌酸锂的材料性质和相位匹配的概念,包括准相位匹配与双折射相位匹配,基于铌酸锂材料比较了两种相位匹配方法。介绍了铌酸锂非线性频率转换器件从体块到波导的转变以及质子交换波导的特点和优势。2、介绍了退火质子交换铌酸锂超晶格波导的理论模型、设计思路和建模方法,给出了制备铌酸锂超晶格以及质子交换超晶格波导的工艺流程,确定了工艺流程中的各项参数,并成功制备了用于1342nm和1550nm倍频的铌酸锂超晶格条形波导。3、本章首先简介了铌酸锂波导中倍频效率和传输损耗的理论模型,并对制备出的两个不同工作波长的倍频波导进行了表征。测试的性能包括波导损耗、倍频效率、倍频温度调谐曲线、功率调谐曲线等。对于长度为2.1cm的1342nm倍频波导,传输损耗小于0.1dB/cm,达到国际领先水平;连续波输入时归一化倍频效率为理论值的88%,我们也对准连续光输出时的波导性能进行了表征。对于1550nm倍频波导,在3.9cm长的波导中测得倍频效率为15%。此外,我们还优化了长波导的制备工艺,将制备波导的传输损耗控制在0.3dB/cm以内。
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