集成光学,这一概念起源于20世纪60年代末、70年代初。因为种种原因,比如:热容量较大、大都是多模结构,传统的体型光学器件不适用于集成光路。光波导结构可以将光波限制在很小的体积内传输从而提高光密度,有利于集成光学的发展与应用。光波导作为集成光学器件的基本元件,其质量会大大影响集成光路的性能,所以,制备质量高、性能优良的光波导结构一直是集成光学领域研究者们的追求。得益于微纳加工技术与理论研究的发展与进步,越来越多的手段被应用到制备结构复杂、性能优良的光波导结构中。离子注入是一种成熟有效的波导制备技术,该技术是基于离子与固体之间的相互作用,具有很强的可控性和重复性。自20世纪60年代被用于材料表面改性和材料分析以来,它受到了极大关注,并被成功地应用于各种材料中。通过改变离子注入的条件,可以制备厚度不同、折射率剖面不同的光波导结构。如果采用不同能量的连续离子注入技术制备光波导,则称为多能量离子注入。采用多能量离子注入会使注入离子浓度呈现阶梯分布,拓宽波导“位垒”宽度从而减少波导往衬底中的光波泄露。本文主要内容是以同成分z切铌酸锂晶体作为衬底,采用离子注入结合标准光刻的方法制备了条形光波导、通过离子注入结合精密金刚石切割技术制备了脊形光波导,并对两者的光学特性进行研究分析;探索了基于离子注入方法制备对称定向耦合器的条件:利用离子注入结合选择性湿法腐蚀制备了具有脊形光波导结构的波导对;采用离子注入结合光刻技术制备出了具有条形光波导结构的定向耦合器,并揭示了在特定条件下影响耦合器耦合特性的因素。本文的具体研究内容如下:将能量为500 ke V,剂量为1.5×1016ions/cm~2的离子注入到具有掩模的z切铌酸锂衬底中制备了波导宽度为10μm的条形光波导。在相同的注入条件下,制备了平面光波导,在退火之后采用精密金刚石切割技术制备了宽度为15μm和25μm的脊形光波导。为了对比条形光波导与脊形光波导的光学特性,采用实验手段和数值方法获得了其近场光强分布,两者具有高度的一致性。利用端面耦合装置测试了波导的传输损耗,条形光波导、15μm宽和25μm宽的脊形光波导的传输损耗分别为3.42 d B/cm、12.4 d B/cm、1.97 d B/cm。该工作对基于离子注入制备的条形光波导与脊形光波导进行了对比研究,分别确定了标准光刻和金刚石切割技术制备二维波导的适用范围,对铌酸锂波导在集成光子器件中的应用具有参考价值。探索了基于离子注入工艺制备定向耦合器的条件。首先,通过离子注入结合选择性湿法腐蚀来制备具有脊形光波导结构的耦合器,利用金相显微镜观察样品形貌,脊形波导对被成功制备,但是,在端面耦合的实验中,并没有观察到光波在波导对中的耦合现象。尽管此次的尝试没有成功,但为今后的工作积累了丰富的经验,为后续实验的成功奠定了一定的基础。此外,通过数值方法在薄膜铌酸锂上成功地模拟了可以实现不同分光比的低损耗定向耦合器,其中,脊形部分是通过沉积宽度为2μm、厚度为0.2μm的氮化硅获得。利用离子注入与标准光刻技术制备了具有条形光波导结构的对称定向耦合器,并实现了不同的分光比。在注入之前,利用SRIM 2013模拟了离子注入过程,计算了dpa剖面,以量化主要损伤的产生,从而确定单能量离子注入与多能量离子注入的条件。最终,确定了如下注入条件,单能量氧离子注入:能量为2.2 Me V,剂量为6×1014 ions/cm~2,多能量O离子注入:能量（2.0+1.8+1.6）Me V,剂量:（3.5+1.3+1.3）×1014 ions/cm~2。在633 nm波长处,单能量离子注入制备的定向耦合器的耦合长度、分光比分别为18.6 mm、60%:40%,而多能量离子注入制备的器件的耦合长度、分光比为3.2 mm、70%:30%。该工作第一次从理论和实验两个方面证明采用离子注入结合标准光刻技术在铌酸锂晶体上制备定向耦合器的可行性。