Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Зависимость Ап0(С) в достаточно широком интервале концентраций описывается не одной, а тремя прямыми, наклоны которых определяются как
(18.5)
Апе(С) = К Cu(y,t), где К = 1,75 см3/г.
(18.6)
В [37] для зависимости Апе(С) предлагается выражение
Апе(С) = 0,66 Сп,
(18.6, а)
387
0,9 С ^ 0,003;
d(Awo) = Q55 0 0()3 ^ с ^ 0 007;
dC 0,33 С ^ 0,007.
Комбинация диффузии титана и обратной диффузии лития определяет профиль п(х) оптического волновода. Замечено [32], что глубины диффузии титана и обратной диффузии лития приблизительно одинаковы, несмотря на то, что Dn < Du. Это указывает на взаимозависимость двух процессов диффузии.
На п(х) влияет атмосфера, в которой проводится диффузионный отжиг, особенно важно влияние влажности атмосферы. Это влияние обусловлено присутствием в атмосфере диффузионной печи атомов водорода, способных проникать в ниобат лития, замещая его, что, как будет показано ниже, тоже приводит к повышению пе. Поэтому добавление воды в атмосферу диффузионной печи приводит к ускорению формирования волновода.
Дополнительное изменение показателя преломления из-за обратной диффузии или влияния атмосферы не всегда желательно, так как слишком большое Ди приводит к появлению дополнительных оптических мод. Поэтому обычно стремятся так проводить технологический процесс, чтобы подавить эти дополнительные эффекты. Проблемы подавления обратной диффузии достаточно подробно рассмотрены в обзоре [38]. Для подавления обратной диффузии пластинки ниобата лития в диффузионную печь помещают вместе с порошком ниобата лития [39] и проводят процесс в контролируемой атмосфере [40], в частности, пропуская Аг или Ог через диффузионную печь [41]. Однако результативность этого приема не всегда достигается и сильно зависит от остальных условий процесса, особенно атмосферы.
Из сказанного следует, что концентрационный профиль и профиль показателя преломления определяются несколькими механизмами и в общем случае точное определение профиля Дл(х) может быть затруднительно. Но в тех случаях, когда диффузионные процессы проводятся в сухой атмосфере [32], движение диффузионного фронта [С(х) = const] и фронта изменения показателя преломления [Дл(х) = const] зависит от времени как
Как следует из выражения (17.23), для эффективного показателя преломления ДМфф = An2cos0, т.е. фронт ДЛэфф для каждой оптической моды в процессе диффузии титана тоже движется в глубь под-
C(x)*y[Di\ Ап(х) ~ Jd1.
(18.7, а) (18.7,6)
ложки по закону -jDt . 388
I
йПГО'г
5,нм
2,0
>,г
Ив
ц*
О (0 2,0 3,0 \0 S,0 S,/ikh
О 1 2 3 h ttn,4
Рис. 18.3. Соотношение между толщиной пленки Ti и изменением необыкновенного показателя преломления Ап [42]
Рис. 18.4. Зависимость времени диффузии I от толщины пленки титана S для диффузии Ti в пластину Y-cpesaLiNbCb [43]
Таким образом, вначале на некоторой глубине dt достигается An(d i), обеспечивающее выполнение условия распространения одной оптической моды. Это условие, как следует из (17.19)
Затем по мере продвижения концентрационного фронта в глубь подложки условие (18.8) выполняется при меньших du но появляются новые моды, для которых при некоторых dm становятся выполнимыми условия
Ограничить число мод, которые могут распространяться в волноводе, можно, ограничив количество диффузанта, т.е. ограничив толщину пленки титана на поверхности подложки. Это проще, чем оптимизировать температуру и время диффузии, при том что процесс диффузии является многофакторным. Толщина пленки выбирается так, чтобы обеспечить требуемую величину изменения показателя преломления (рис. 18.3).
Обычно для подложки Y-среза ниобата лития при температуре диффузии 1000 °С толщина пленки титана составляет 25 нм. Время диффузии выбирается так, чтобы к концу диффузионного отжига металлический титан исчез с поверхности, так чтобы она становилась чистой поверхностью пластины ниобата лития. Время, необходимое для диффузии пленки титана толщиной 8, показано на рис. 18.4.
Потери в Ti-диффузионных волноводах определяются технологическими параметрами их получения. Как следует из рис. 18.5 и 18.6, при толщине напыленной пленки титана 25 нм, которая обычно используется при создании волновода на Y-срезе ниобата лития, потери
A ndf = [Хо]/[(и2 + л3)].
(18.8, а)
AndI = [(2т + 1)2Яо]/[16(л2 + и3)].
(18.8, б)
389
Д/,А Ысм
Ри«. 18.5. Зависимость потерь в волноводе, полученном иа подложке Y-среза ниобата лития, от времени диффузии при температуре 1 ООО °С и толщине пленки титана, нм:
1 -50; 2 - 25; 3-36
Ри«. 18.6. Зависимость потерь в волноводе, полученном иа подложке Y-среза ииобата пития, от температуры диффузии (время диффузии 4 ч) при толщине пленки титана, им: /-20; 2 -30
л/, а ь/см
суш
Н20мчм
могут быть минимизированы подбором времени и температуры диффузии. Если используется диффузионный отжиг во влажной атмосфере (кислород или аргон), то излишняя влажность тоже не приводит к уменьшению потерь (рис. 18.7).
Оптимальными условиями получения Ti-диффузионных волноводов можно считать толщину пленки 23...25 нм, температуру диффузии 980°С и время диффузии 9... 12 ч, в том числе 2 ч нагрев и 2 ч охлаждение пластины.
