Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Даже при идеально плоской изотерме теплового поля в реальном (неоднородном) кристалле невозможно создать идеально плоские доменные границы. Влияние неоднородности кристалла на положение доменных границ можно понять, если считать, что неоднородности влияют на состав кристалла и, следовательно, на температуру
211
Рис. 9.32. Структура доменов при формировании РДС в условиях низкой напряженности электрического поля
Кюри. На рис. 9.30 и 9.31 показано искажение доменных границ в кристаллах LiNbCh при получении РДС в условиях grad T±PS.
Видно, что полосы роста и границы блоков «затягивают» доменные стенки в область более низких температур. Эго можно объяснить снижением температуры Кюри в полосах роста и в области границ блоков за счет повышения концентрации примесей и точечных дефектов в этих областях. Зная величину grad Т в области переполяри-зации и расстояние, на которое отклонилась доменная стенка границей блока (или полосой роста) Д можно оценить изменение температуры Кюри в районе дефекта структуры, как Д Tk-D grad Т. С другой стороны, соотношение D - ДГ^/gradr означает, что уменьшение отклонения доменных границ от плоскости может быть достигнуто увеличением градиента температуры в зоне переполяризации.
Электрическое поле, при котором может бьггь получена РДС методом зонной переполяризации, имеет и нижний и верхний пределы. Казалось бы, что чем выше поляризующее поле, тем легче получить РДС и тем качественнее должны быть доменные стенки. Однако с ростом напряженности поляризующего поля возрастает ток сквозной проводимости, приводящий при высоких температурах к повышению концентрации дефектов в кристалле в результате электролиза. Поэтому желательно проводить переполяризацию вблизи нижнего предела поля Ен. Величина Ен определяется тем, что при снижении Е ниже Ек домены рассыпаются на отдельные островки (рис. 9.32). Очевидно, при низких полях скорости роста зародившихся областей переполяризации оказываются недостаточными для того, чтобы заполнить все пространство кристалла, на которое он перемещается в печи за время действия поля одной полярности.
212
9.6.3. Получение регулярных доменных структур в поверхностных слоях
Развитие кристаллической интегральной оптики требует создания элементов управления оптическим лучом в поверхностных слоях кристаллов. Такие элементы управления могут быть созданы на основе регулярных доменных структур. Наиболее часто РДС в приповерхностных слоях используются для реализации взаимодействия при генерации оптических гармоник [57, 58]. Основными методами получения доменных структур в приповерхностных слоях являются диффузионные методы и сканирование поверхности кристалла электронным пучком.
Для получения РДС в приповерхностных слоях диффузионными методами используется легирование поверхности кристалла через маску. Легирование проводится так же, как и при получении поверхностных волноводов. Для кристаллов ЫЫЬОз и ЫТаОз это либо Ti-диффузионная технология, либо технология протон-замещения.
Для получения РДС с помощью Ti-диффузионной технологии [59] в кристаллах LiNb03 на поверхность кристалла через маску, созданную с помощью фотолитографии, напыляются полоски титана толщиной 5 мкм. Ширина полосок и расстояние между ними составляют несколько микрон и определяются когерентной длиной для генерации оптических гармоник. Напыление Ti проводится на положительную поверхность z-среза (+с). Для проведения диффузии титана кристаллическая пластинка нагревалась до температуры 1050 °С, при которой проводилась выдержка в течение 1 ч, после чего печь выключали и кристалл охлаждался вместе с печью. В результате в тех областях, в которых прошла диффузия титана, проходит переполяри-зация и образуется регулярная доменная структура с заданным периодом. В дальнейшем на пластине с РДС может быть создан технологией протон-замещения оптический волновод в направлении, перпендикулярном доменным стенкам. В таком волноводе обеспечивается квазисинхронное взаимодействие для генерации второй гармоники полупроводниковых лазеров.
Технология протон-замещения используется и для создания РДС как для акустоэлектроники [18], так и для нелинейной оптики [60]. Этот метод получения РДС наиболее полно изучен на примере кристаллов ЫТаОз [60]. Последовательность операций при получения РДС методом протон-замещения на пластинах ЫТаОз показана на рис. 9.33. Процесс получения РДС включает:
1. Напыление на тщательно полированную и очищенную поверхность 2-среза ЫТаОз маски из тантала, защищающей те области, в которые не должна проходить диффузия водорода. Для получения РДС маска представляет собой полоски тантала, ширина и расстояние между которыми определяются когерентной длиной для генерации оп-
213
тических гармоник. Нанесение маски и последующая диффузия протонов проводится на отрицательной (-с) стороне z-среза.
2. На поверхность, покрытую маской, наносится диффузант. В качестве диффу-занта используются бензойная или пиро-фосфорная кислоты. Предпочтение отдается пирофосфорной кислоте из-за ее высокой температуры кипения (> 300 °С) и низкого давлении паров при температурах, близких к кипению [60].
