Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Танталат лития, обладая столь же высокими электрооптическими и пьезоэлектрическими свойствами, что и гиобат, превосходит ниобат по лучевой стойкости. Фоторефракция в ганталате лития на два порядка слабее, чем в ниобате, поэтому тан-галат предпочтителен, особенно для излучения с высокой интенсив-юстью. Изменения показателей преломления в ЫТаОз, которые мо-уг быть получены при диффузии Ti [19, 44, 45], достаточно велики Ап = 0,02). Температуры, при которых проводится диффузия титана в лТаОз, выше, чем соответствующие температуры для ЫМЮз. Температурные зависимости коэффициентов диффузии Ti в ЫТаОз показа-тына рис. 18.8 и 18.9.
Ри«. 18.7. Зависимость потерь в вол-човоде, полученном на подложке Y-;реза ииобата лнтия, от влажности 1тмосферы при времени диффузии 4 1 и температуре 1000 °С (М - поток iapa Н2О в отн. ед.)
190
Рис. 18.8. Температурная зависимость коэффициента диффузии Ti в Г и Z-срезах LiTa03[19]
Ри«.18.9. Температурные зависимости коэффициентов диффузии примесей титана и магиия в Z-срезе ииобата лития [54]
Характеристики диффузии Ti в ЬлТаОз [19] приведены ниже:
Срез Y Z
Температура диффузии, °С 1300 1300
К=Ш 45 45
CtfTi), кг/м3 180 180
C’(Ti), кг/м3 200 200
D 10", мУс 5,3 ±0,3 7,6 ±0,3
Здесь 8 - толщина пленки Ti; d - глубина диффузии (толщина волноводного слоя); Cf(Ti) - предел растворимости Ti в ЫТаОз; C’(Ti) - концентрация Ti в диффузанте. Кроме титана, для получения оптических волноводов на основе ЫТаОз использовались такие металлические диффузангы, как Nb [46], Си [47], Zn [48], использовалась и обратная диффузия УгО [36]. Во всех этих случаях температура процесса, обеспечивающая получение волноводных слоев, была значительно выше, чем температура Кюри, и кристаллы требовали дополнительной поляризации. Использование электр одиффузии меди при Т - 500 °С не дало хороших результатов.
При создании приборов с применением оптических волноводов важнейшей проблемой является снижение потерь на стыке оптического волокна с волноводом. Значительные потери возникают из-за изменения показателя преломления по глубине волновода, которое определяется неоднородностью концентрации примеси по глубине волновода (асимметрия волновода). Потери из-за асимметрии волновода достигают 1___1,1 Дб. Для снижения потерь предлагаются раз-
личные методы симметризации волноводного слоя [49, 50].
391
Один из способов симметризации можно реализовать непосредственно в процессе диффузии. Это так называемый метод двойной диффузии, когда в подложку диффундирует не одна, а две примеси: первая повышает показатель преломления, а вторая - снижает. Симметризация волновода происходит в том случае, если концентрация примеси, снижающей показатель преломления, больше в слоях, близких к поверхности, а примеси, повышающей показатель преломления, - в более глубоких слоях. Так происходит при диффузии в нио-бат лития примесей магния (снижающей показатель преломления) и Ti [51 - 53]. Коэффициент диффузии магния [54]
Z)(Mg) = Z)0(Mg)exp^j,
где Z)o(Mg) = 6,22-1 (Н см Ус выше, чем коэффициент диффузии Ti (рис. 18.9) (энергия активации диффузии дана в электрон-вольтах).
Поэтому вначале создается достаточно глубокий диффузионный слой титана, для чего из пленки Ti толщиной 70 нм при Т = 1050 °С в течение 8 ч [54] проводится диффузия титана. В результате возникает волноводный слой глубиной до 5 мкм. Затем наносится пленка магния толщиной 25 мкм и при Т = 820...950 °С в течение 3 ч проводится диффузия магния, в результате чего возникает слой с повышенной его концентрацией толщиной около 4 мкм (рис. 18.10).
В результате суммирования эффектов от действия каждой из диффундирующих примесей [кривые а и б на рис. 18.11] коэффициент
С. мол Jo*и
AnfO3
Рис. 18.10. Концентрационные профили Ti и Mg [54], полученные после двойной диффузии по режимам, описанным в тексте
Рис. 18.11. Профили изменения показателя преломления п,, полученные в результате диффузии:
1 - прнмеси титана; 2 - примеси магния; 3 - двойной диффузии прнмесей титана и магния [54]
392
преломления меняется так, что профиль Ди оказывается относительно симметричным (кривая 3 на рис. 18.11). Потери в контакте такого волновода с оптоволокном снижаются до 0,5 дБ, т.е. более чем в два раза по сравнению с Ti-диффузионным волноводом.
Для формирования полосковых волноводов кроме обычных методов, использующих фотолитографию, рассматривается возможность прямого получения Ti-диффузионных полосок с применением лазерного нагрева [55 - 57]. Сканирование сфокусированным на поверхность кристаллической пластины (подложки) лазерным лучом приводит к локальному нагреву пленки Ti, нанесенной на эту поверхность. При нагреве пленки в местах лазерного воздействия до 610 °С происходит локальное ее окисление. Таким образом, сканированием лазерным лучом можно получить на поверхности подложки полоски TiCh, топография которых соответствует топографии полосковых волноводов. После этого оставшаяся пленка титана удаляется травлением [травление в растворе HF: HNO3: Н2О (1:1:50) ]. Далее проводится диффузионный отжиг, во время которого титан из находящихся на поверхности полосок диффундирует в глубь подложки, формируя полосковые волноводы.
