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铌酸锂光波导的制作方法铌酸锂（LiNbO3）是一种具有优良非线性光学性能的晶体材料，广泛应用于光电子领域。
铌酸锂光波导器件是其中一种重要的应用形式，可以用于光通信、光导引以及光调制等方面。
铌酸锂光波导器件的制作方法主要包括以下几个步骤：晶体制备、光波导结构定义、光波导的析取以及光波导结构的优化。
首先，晶体制备是制作铌酸锂光波导的第一步，需要通过化学合成或者单晶生长的方法得到高纯度的铌酸锂晶体。
化学合成方法一般使用溶胶-凝胶法、水热法或者熔体法，通过控制反应条件和晶体生长过程，实现晶体的形成。
接下来是光波导结构的定义，这一步通过光刻、光刻胶涂覆和光刻胶曝光等工艺步骤，将所需的光波导结构图案定义在铌酸锂晶体表面上。
光刻胶是一种特殊的光敏材料，通过光刻胶的选择和光刻胶的曝光光源和曝光时间的控制，可以实现所需的光波导结构的微细加工。
然后是光波导的析取，也称为离子交换。
离子交换是通过将铌酸锂晶体表面的铌离子部分替换为其他金属离子，如钠离子、氢离子或银离子等，从而改变晶体的折射率分布，形成光波导结构。
常见的离子交换方法包括热离子交换法和离子束交换法。
热离子交换法是将铌酸锂晶体与离子交换源材料一同加热进行离子交换。
离子束交换法则是使用加速器将离子束定向轰击铌酸锂晶体表面，实现离子交换。
最后是光波导结构的优化，在光波导器件的制作过程中，可以通过调整离子交换的温度、时间和离子束的能量等参数，来优化光波导结构的性能。
例如，可以通过调整离子交换的温度和时间，来控制光波导结构的深度和剖面形状。
而通过调整离子束的能量，可以控制光波导的腰宽和纵向延展长度。
总之，铌酸锂光波导器件的制作方法涉及晶体制备、光波导结构的定义、光波导的析取以及光波导结构的优化等工艺步骤。
通过合理选择和控制这些工艺参数，可以制备出具有优良光学性能的铌酸锂光波导器件，实现对光的高效控制和传输。
氮化硅-铌酸锂异质脊型波导引言：氮化硅-铌酸锂异质脊型波导是一种重要的光电器件，具有广泛的应用前景。
本文将介绍氮化硅-铌酸锂异质脊型波导的基本原理、制备方法以及应用领域等相关内容。
1. 氮化硅-铌酸锂异质脊型波导的基本原理氮化硅-铌酸锂异质脊型波导是由氮化硅和铌酸锂两种材料构成的异质结构。
其中，氮化硅是一种具有优异光学特性和热稳定性的材料，而铌酸锂则具有良好的电光特性。
通过在氮化硅上沉积铌酸锂薄膜，可以形成一种具有高光学品质因子和低传输损耗的光波导结构。
2. 氮化硅-铌酸锂异质脊型波导的制备方法氮化硅-铌酸锂异质脊型波导的制备通常采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等方法。
首先，通过CVD或PVD技术在氮化硅基底上沉积铌酸锂薄膜。
然后，利用光刻和蚀刻工艺，定义出波导的形状和尺寸。
最后，通过退火等后续工艺，使得波导结构形成且具有优良的光学性能。
3. 氮化硅-铌酸锂异质脊型波导的应用领域氮化硅-铌酸锂异质脊型波导具有广泛的应用领域。
其中，最主要的应用之一是在光通信领域。
由于氮化硅-铌酸锂异质脊型波导具有低损耗、高速率和较宽的工作波长范围等特点，因此可以用于光纤通信系统中的光开关、光调制器和光放大器等关键元件。
此外，氮化硅-铌酸锂异质脊型波导还可应用于光传感、光计算和光学存储等领域。
结论：氮化硅-铌酸锂异质脊型波导是一种具有重要应用前景的光电器件。
它通过将氮化硅和铌酸锂两种材料结合起来，形成一种具有优异光学性能和电光特性的异质结构。
通过合适的制备方法，可以制备出具有高光学品质因子和低传输损耗的波导结构。
目前，氮化硅-铌酸锂异质脊型波导在光通信领域已经得到了广泛的应用，并在其他领域也有着潜在的应用价值。
随着光电子技术的不断发展，相信氮化硅-铌酸锂异质脊型波导将会有更加广泛的应用。
低损耗铌酸锂薄膜光波导声光调制器的研究一、材料选择铌酸锂（LiNbO3）是一种具有优异光学和声学性能的晶体材料，因其具有较高的非线性光学系数和较高的声光系数而被广泛研究和应用。
由于铌酸锂具有良好的透明性和稳定性，以及易于制备薄膜的特点，使得铌酸锂成为声光调制器的理想材料。
二、工作原理铌酸锂薄膜光波导声光调制器的工作原理基于光声效应和电光效应。
当光信号从光波导传输到声波传感器时，由于光声效应的作用，光信号会与声波相互作用，进而改变光信号的相位、振幅或频率。
通过施加外加电场，利用电光效应可以调节声波的产生和传播，从而实现对光信号的调制。
三、性能优势1. 低损耗：铌酸锂薄膜具有较低的传输损耗，可实现高效的光波导传输。
2. 高速调制：铌酸锂薄膜具有较高的声光系数，可实现快速的光信号调制。
3. 宽带宽：铌酸锂薄膜具有较宽的工作频率范围，可适应多种光信号调制需求。
4. 高稳定性：铌酸锂薄膜具有良好的光学和电学稳定性，可保证长时间稳定的调制性能。
四、应用前景由于铌酸锂薄膜光波导声光调制器具备低损耗、高速调制、宽带宽和高稳定性等优势，因此在光通信、光传感、光学计算和光学信号处理等领域具有广泛的应用前景。
1. 光通信：铌酸锂薄膜光波导声光调制器可用于光纤通信系统中的光信号调制，实现高速、高效率的光通信传输。
2. 光传感：铌酸锂薄膜光波导声光调制器可用于光纤传感系统中的光信号调制，实现高灵敏度的光传感探测。
3. 光学计算：铌酸锂薄膜光波导声光调制器可用于光学计算系统中的光信号处理，实现高速、低能耗的光学计算功能。
4. 光学信号处理：铌酸锂薄膜光波导声光调制器可用于光学信号处理系统中的光信号调制和处理，实现高速、高精度的光学信号处理。
低损耗铌酸锂薄膜光波导声光调制器具有在光通信、光传感、光学计算和光学信号处理等领域广泛应用的潜力。
随着材料制备技术的不断发展和研究的深入推进，铌酸锂薄膜光波导声光调制器的性能将进一步提升，其应用前景也将更加广阔。
铌酸锂光波导的制作方法铌酸锂（LiNbO3）是一种重要的非线性光学材料，具有良好的光学性能和非线性光学性能，因此在光电子器件中得到广泛的应用，如光调制器、激光器、波导、光纤通信、光纤传感等方面。
铌酸锂光波导是在铌酸锂晶体中形成的一种光学波导，具有优良的导光性能，被广泛应用于集成光电路、光通信和光纤传感等领域。
本文将介绍铌酸锂光波导的制作方法，包括铌酸锂晶体的选择与加工、光波导的结构设计与制作工艺、波导的测试与性能分析等内容。
一、铌酸锂晶体的选择与加工铌酸锂晶体是制作光波导的基础材料，其选择和加工对光波导的性能和稳定性具有重要影响。
铌酸锂晶体的选择应考虑其光学性能、结晶质量和加工难易程度。
目前，工业上广泛应用的铌酸锂晶体主要有干法生长晶体和液相熔融法生长晶体两种类型，其中液相熔融法生长的铌酸锂晶体质量更好，所以在制作光波导时更为常用。
铌酸锂晶体的加工包括切割、研磨、蚀刻和抛光等工艺。
首先，需要根据设计要求，将铌酸锂晶体切割成合适尺寸的片材。
然后进行研磨和抛光，以保证晶体表面的光滑度和平整度。
最后，通过蚀刻工艺，在晶体表面形成所需的波导结构。
这些加工工艺的实施需要严格控制加工参数，以保证光波导的制作精度和质量。
同时，对铌酸锂晶体进行辅助处理，如去应力处理，可以提高光波导的性能和稳定性。
二、光波导的结构设计与制作工艺光波导的结构设计是制作工艺的关键，直接影响光波导的性能和应用。
光波导的结构包括核型波导和面型波导两种类型。
核型波导是指在晶体中形成的一个单一导光层，而面型波导是在晶体表面形成一系列导光结构。
这两种结构各有特点，一般根据具体应用要求进行选择。
在核型波导的制作中，首先通过光刻工艺，在晶体表面涂覆光阻，并使用掩膜进行光刻，形成所需的波导结构。
然后，在光刻后的晶体表面进行蚀刻处理，以形成波导结构。
最后，去除光阻和清洗晶体表面，即可得到核型波导结构。
在面型波导的制作中，同样需要通过光刻和蚀刻工艺，形成表面波导结构。
铌酸锂光子芯片的介绍1. 铌酸锂光子芯片的介绍铌酸锂光子芯片是一种基于铌酸锂晶体材料的光学器件，在光子学和光通信领域具有重要的应用。
它利用铌酸锂晶体的光波导特性，实现了光信号的传输、调制和处理，为光通信系统的高速、高效传输提供了支持。
2. 铌酸锂光子芯片的基本原理铌酸锂晶体具有良好的非线性光学性质，能够通过正负反馈调制从而实现信号处理。
在光子芯片中，铌酸锂晶体被刻蚀成特定形状的光波导结构，通过将光信号输入光波导中，利用其非线性特性，实现光信号的调制、传输和处理。
3. 铌酸锂光子芯片的应用3.1 光通信领域在光通信领域，铌酸锂光子芯片广泛应用于光传输、光纤通信和光网络等方面。
由于其高速、高效的传输性能，能够实现光信号的稳定传输和低损耗放大，使得光通信系统的传输距离更远，传输速率更高，具有重要的应用前景。
3.2 光信号处理铌酸锂光子芯片还可以用于光信号的调制和处理。
通过利用铌酸锂晶体的非线性光学特性，可以实现光信号的调制、调幅和调频等功能。
这些处理功能为光网络的光信号控制和处理提供了一种高效、灵活的解决方案。
3.3 生物医学领域铌酸锂光子芯片在生物医学领域也有重要应用。
通过利用其非线性光学特性和波导结构，可以实现光束的聚焦、成像和控制，为光学探针、激光手术等医疗设备的发展提供了技术支持。
4. 铌酸锂光子芯片的进展和挑战铌酸锂光子芯片作为一种新兴的光学器件，近年来得到了广泛关注和研究。
研究人员在光子芯片的设计、制备和应用等方面进行了大量的探索，取得了许多重要的进展。
然而，铌酸锂光子芯片仍然面临一些挑战。
制备高质量的铌酸锂晶体和光波导结构是一个复杂的工艺过程，需要技术上的突破。
芯片的光学性能和稳定性需要进一步提高，以满足不断增长的光通信需求。
铌酸锂光子芯片在集成度、尺寸和功耗等方面还需要进行更多的优化和改进。
5. 总结与展望铌酸锂光子芯片是一种基于铌酸锂晶体材料的光学器件，通过利用其非线性光学特性和波导结构，实现了光信号的传输、调制和处理。
铌酸锂光波导的制作方法铌酸锂（LiNbO3）是一种重要的光学功能材料，具有优异的光电性能，被广泛应用于光通信、光存储、光信息处理等领域。
其中，铌酸锂光波导是一种重要的光电器件，它可以实现光信号的导引和调制，具有重要的应用价值。
本文将详细介绍铌酸锂光波导的制作方法，包括工艺流程、关键工艺步骤以及相关的实验技术。
一、铌酸锂光波导的基本原理在铌酸锂晶体中，当光波通过介质界面时，会产生光的反射和折射现象。
如果在铌酸锂晶体表面形成一条细长的通道，就可以实现光波的导引和调制，这就是铌酸锂光波导的基本原理。
而制作铌酸锂光波导的关键在于如何在铌酸锂晶体表面形成一条细长的通道，以实现光波的导引和调制。
二、铌酸锂光波导的制作工艺流程1.基片预处理铌酸锂光波导的制作首先需要准备一块高纯度的铌酸锂晶体基片。
在使用之前，需要对基片进行一系列的预处理工艺，包括清洗、去除表面缺陷等。
这样可以保证基片的表面光滑度和质量，并为后续的工艺步骤提供良好的基础。
2.光刻胶涂覆在基片表面涂覆一层光刻胶，这一步是制作铌酸锂光波导的关键步骤之一。
光刻胶的选择应根据具体的实验要求进行，一般选择分子量适中且具有良好光刻特性的光刻胶。
3.光刻将涂覆有光刻胶的基片放置在光刻机上，通过光刻机的曝光和显影过程，可以在光刻胶表面形成一定的图案，这个图案就是后续铌酸锂光波导的形状。
4.离子束蚀刻使用离子束蚀刻机对光刻胶图案进行蚀刻，形成铌酸锂光波导的通道结构。
离子束蚀刻是一种高精度加工工艺，可以将光刻胶图案精确地转移到铌酸锂基片上，形成理想的铌酸锂光波导通道。
5.光波导化处理经过离子束蚀刻后，需要对铌酸锂基片进行一系列的光波导化处理，包括表面抛光、离子交换、电极沉积等工艺步骤。
这些处理可以使铌酸锂光波导的表面光滑度更高，电光性能更优，达到实际应用需求。
6.测试与封装最后对制作的铌酸锂光波导进行光学性能测试，包括传输特性、调制特性等。
通过测试可以验证制作的铌酸锂光波导是否符合设计要求。
1平面光波导技术光波导是集成光学重要的基础性部件，它能将光波束缚在光波长量级尺寸的介质中，长距离无辐射的传输。
平面波导型光器件，又称为光子集成器件。
其技术核心是采用集成光学工艺根据功能要求制成各种平面光波导，有的还要在一定的位置上沉积电极，然后光波导再与光纤或光纤阵列耦合，是多类光器件的研究热点.按材料可分为四种基本类型：铌酸锂镀钛光波导、硅基沉积二氧化硅光波导、InG aAsP/InP光波导和聚合物（Polymer）光波导。
LiNbO3晶体是一种比较成熟的材料，它有极好的压电、电光和波导性质。
除了不能做光源和探测器外，适合制作光的各种控制、耦合和传输元件。
铌酸锂镀钛光波导开发较早，其主要工艺过程是：首先在铌酸锂基体上用蒸发沉积或溅射沉积的方法镀上钛膜，然后进行光刻，形成所需要的光波导图形，再进行扩散，可以采用外扩散、内扩散、质子交换和离子注入等方法来实现。
并沉积上二氧化硅保护层，制成平面光波导。
该波导的损耗一般为0.2-0.5dB/cm。
调制器和开关的驱动电压一般为10V左右；一般的调制器带宽为几个GHz，采用行波电极的LiNbO3光波导调制器，带宽已达50GHz以上。
硅基沉积二氧化硅光波导是20世纪90年代发展起来的新技术，主要有氮氧化硅和掺锗的硅材料，国外已比较成熟。
其制造工艺有：火焰水解法（FHD）、化学气相淀积法（CVD，日本NEC公司开发）、等离子增强CVD法（美国Lucent公司开发）、反应离子蚀刻技术RIE 多孔硅氧化法和熔胶－凝胶法（Sol-gel）。
该波导的损耗很小，约为0.02dB/cm。
基于磷化铟（InP）的InGaAsP/InP光波导的研究也比较成熟，它可与InP基的有源与无源光器件及InP基微电子回路集成在同一基片上，但其与光纤的耦合损耗较大。
聚合物光波导是近年来研究的热点。
该波导的热光系数和电光系数都比较大，很适合于研制高速光波导开关、AWG等。
采用极化聚合物作为工作物质，其突出优点是材料配置方便、成本很低。
铌酸锂光电芯片生产流程铌酸锂光电芯片是一种新型的光电器件，具有高效率、高稳定性和高可靠性的特点。
它在光电领域有着广泛的应用，可以应用于光通信、光存储、激光雷达等领域。
本文将介绍铌酸锂光电芯片的生产流程。
在铌酸锂光电芯片的生产过程中，需要准备一系列的原材料和设备。
原材料主要包括铌酸锂晶体、硅基底片、光刻胶、光阻剂等。
设备包括光刻机、薄膜沉积设备、离子注入设备等。
铌酸锂光电芯片的生产流程主要分为晶体生长、晶圆制备、光刻、薄膜沉积、离子注入和封装等环节。
晶体生长是铌酸锂光电芯片生产的第一步，主要是通过高温溶液法或浸涂法将铌酸锂晶体生长在硅基底片上。
晶体生长过程中需要严格控制温度和浓度等参数，以获得高质量的铌酸锂晶体。
晶圆制备是将生长好的铌酸锂晶体切割成正方形或圆形的晶圆，以便后续的加工和制备。
光刻是将光刻胶涂覆在晶圆上，并使用光刻机将光刻胶进行曝光。
通过光刻胶的曝光，可以将图案或结构转移到晶圆上，以便后续的薄膜沉积和离子注入。
薄膜沉积是将金属或半导体材料沉积在晶圆上，形成所需的结构或功能层。
薄膜沉积可以使用物理气相沉积、化学气相沉积或溅射等方法进行。
离子注入是将离子注入到晶圆中的一种方法，通过控制注入的离子种类和能量等参数，可以改变晶圆的电学性质，从而实现对铌酸锂光电芯片的调控。
铌酸锂光电芯片的封装是将制备好的晶圆切割成单个的芯片，并将其封装在封装盒中。
封装过程中需要进行焊接、封装胶固化等步骤，以保护芯片并提供电气连接。
总结起来，铌酸锂光电芯片的生产流程包括晶体生长、晶圆制备、光刻、薄膜沉积、离子注入和封装等环节。
这些环节需要严格控制各项参数，并使用先进的设备和技术，以确保铌酸锂光电芯片的质量和性能。
铌酸锂光电芯片的生产流程是一个复杂而精细的过程，需要经过多道工序才能完成。
随着科技的发展和技术的进步，铌酸锂光电芯片的生产流程将不断优化和改进，以满足不断增长的市场需求。
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44真空科学与技术学报CHINESE JOURNAL OF VACUUM SCIENCE AND TECHNOLOGY第41卷第1期2021年1月单晶铌酸锂薄膜光波导的制备研究高琴乔石裙帅垚*杨小妮罗文博吴传贵张万里(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054)Fabrication of Ridge-Waveguide with LiN b03Thin Filins：A Methodological StudyG A O Qin,Q I A0Shijun.SHUAI Y a o*,Y A N G Xiaoni.LUO W e n b o.W U O Chuangui,Z H A N G Wanli(S ta te K ey Laboratory o f Electronic Thin F ilm a n d Integrated D evices，U niversity o f Electronic Science a n d Technology o f C h in a, C hengdu610054, C h in a)Abstract The high quality ridge-waveguide,an optical modulator,was fabricated,with 450 n m thick LiNb03coatings on Si-substrate，by Ar+-ion etching and reactive ion etching (R I E)，respectively.The influence of the RIE conditions,including the pressure,C H F3/Ar flow-rate ratio and ICP/RIE power,on the etching rate,etching select i v i t y ratio,roughness/steepness/ /straightness of sidewalls,was investigated with scanning electron microscopy and atomic force microscopy.The results show that the reactive ion-etching outperforms A r+ion-etching,because of much higher etching-selectivity ratio,fairly smoother/steeper/straighter side-walls,in spite of i t s lower etching-rate. Specifically,etched under the optimized conditions and measured in the end-coupling method,the transmission loss of the ridge waveguide (10 m m-long,4 |x m-wide,370 nm-high and dipping at72°) was found to be~5.2 d B/c m.Keywords lithium niobite；A r+irradiation；reactive ion etching；optical waveguide摘要为了优化单晶铌酸锂薄膜光波导的性能，研究了基于单晶铌酸锂薄膜材料的光波导刻蚀工艺。
铌酸锂的制备方法及铌酸锂晶体在集成光子学铌酸锂（LiNbO3）是一种重要的非线性光学晶体，在集成光子学中具有广泛的应用。
它具有良好的非线性光学特性、高电光效应和优良的光学波导特性，被广泛应用于光通信、光波导器件、光学计算等领域。
本文将介绍铌酸锂的制备方法以及其在集成光子学中的应用。
溶胶-凝胶法是常用的制备铌酸锂晶体的方法之一、该方法的步骤包括：首先将铌酸铵（NH4NbO(C2H2O4)3·3H2O）和硝酸锂（LiNO3）溶解于适量的蒸馏水中，调节溶液pH值为3-4；然后慢慢加入适量的草酸（H2C2O4）作为沉淀剂，形成草酸铵（NH4C2O4）沉淀；接着将草酸铵沉淀分离并进行高温煅烧，使其转变为铌酸锂晶体。
熔盐法制备铌酸锂晶体的方法相对简单。
首先将铌酸铵和碳酸锂（Li2CO3）按一定的摩尔比例混合，然后在高温下加热熔融，混合液体冷却结晶，生成铌酸锂晶体。
水热法是一种常用的制备无定形铌酸锂晶体的方法。
首先将铌酸锂和适量的水溶液混合，调节溶液的pH值和反应温度，然后经过一段时间的水热反应，形成无定形的铌酸锂晶体。
无定形铌酸锂晶体可以通过进一步的热处理转变为晶体结构。
铌酸锂晶体在集成光子学中具有重要的应用。
其非线性光学特性使其成为制备二次谐波发生器、光学调制器等器件的理想基底材料。
铌酸锂晶体还可以制备成波导结构，用于制作光波导器件。
光波导结构可以通过光电极刻蚀技术、离子注入技术等方法制备。
铌酸锂晶体的高电光效应也使其成为制作电光调制器的理想材料。
此外，铌酸锂晶体还可以用于制备光学隔离器、光学开关等光学器件，广泛应用于光通信系统中。
在集成光子学中，铌酸锂晶体的应用还在不断拓展和深入研究中。
例如，利用铌酸锂波导结构可以实现光学成像、光学传感、非线性光学调制等功能。
通过光子晶体结构的设计，可以实现光子拓扑绝缘体、量子光学存储、量子计算等应用。
此外，铌酸锂晶体还可以与其他材料结合，形成复合材料，用于制备光声器件、光子力学器件等。
铌酸锂光电芯片生产流程铌酸锂光电芯片是一种新型的高频光电材料，其生产流程一般分为预制基板、烧结、制备薄膜、制备电极、光刻、蒸镀、切割等步骤。
首先是预制基板。
预制基板是铌酸锂光电芯片的基础材料，通常使用晶体石英或玻璃等材料。
预制基板需要经过机械加工和超声清洗等处理，以确保基板表面无尘、无油、无杂质等。
接下来是烧结。
烧结是将铌酸锂陶瓷粉末按一定比例混合，经过压型、烧结等工艺制成的复合材料。
烧结温度通常在1000℃以上，能够使材料紧密结合，并且具有较高的机械强度和稳定性。
然后是制备薄膜。
制备薄膜是在预制基板上面制备铌酸锂薄膜，其目的是形成电极和光波导。
常用的方法有磁控溅射、离子束溅射和射频磁控溅射等技术，可以选择合适的技术来获得想要的薄膜。
接着是制备电极。
制备电极是为了提供电荷输运通道，需要在铌酸锂薄膜上覆盖金属电极。
电极材料一般选择铝、银、镍等易于制备的金属，常用技术有真空蒸镀等。
然后是光刻。
光刻是优化电极形状和结构以获得更好的电光性能的重要步骤。
常用方法是利用光刻胶进行准确的图形转移和影像定位，然后通过化学腐蚀等方法来刻蚀电极和铌酸锂薄膜。
接下来是蒸镀。
蒸镀是一种将金属或其他物质以蒸汽形式加热后沉积在基板表面上的工艺，可以用于制备光反射镜、光学滤波器等。
在制备铌酸锂光电芯片中，蒸镀技术用于制备金属反射镜和半透镜，以提高光波导的反射率和传输效率。
最后是切割。
切割是将大尺寸预制基板分割成小尺寸的铌酸锂光电芯片的重要步骤，可以采用切割刀、激光切割等技术，以最小化材料浪费。
以上是铌酸锂光电芯片的生产流程，通过经过多个工序的加工和处理，最终生产出高质量、高功率的光电芯片，具有广泛的应用前景。
铌酸锂光波导制作工艺进展赵明璐;王定理;马卫东【摘要】文章综述了几种常用的铌酸锂波导的制作工艺,包括表面外扩散、金属内扩散、离子交换和质子交换,并分析、比较和总结了在不同工艺制作的条件下对铌酸锂光波导的性能造成的不同影响.目前,获得高质量光波导的主要途径是Ti扩散和质子交换.同时,文章对逐渐建立起的铌酸锂波导光学特性和结构特性之间的理论关系也进行了介绍.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P35-38)【关键词】铌酸锂;光波导;工艺【作者】赵明璐;王定理;马卫东【作者单位】光纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北武汉430074;武汉光迅科技股份有限公司,湖北武汉430074;光纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北武汉430074;武汉光迅科技股份有限公司,湖北武汉430074;光纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北武汉430074;武汉光迅科技股份有限公司,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TN2520 引言LiNbO3 (铌酸锂)材料易于生成较大的透明单晶，并具有优异的电光和声光等特性，因此是很多集成光电器件的理想衬底材料。
目前，在光纤通信系统中所用的一些光器件，如调制器、光开关、偏振控制器和环形振荡器等都是利用铌酸锂的电光、声光、磁光和热光等性能制成的。
通常，铌酸锂光波导是利用扩散或质子交换工艺在铌酸锂衬底上形成折射率比衬底高的几微米厚的波导层，光被限制在该波导层中传播。
铌酸锂光波导的制作工艺对其光电特性影响很大。
目前制作铌酸锂光波导的工艺技术主要包括：氧化锂从表面外扩散、金属内扩散、离子交换和质子交换。
本文将对这些技术的波导形成机理以及工艺过程进行综述。
1 表面外扩散LiNbO3可以在轻微的非化学计量(Li2O)y(Nb2O5)1-y的形式下结晶。
由于Nb2O5(五氧化二铌)和Li2O(氧化锂)都可以从表面逸出，且Li原子的体积比Nb原子小，所以Li比Nb更容易扩散。
同时，当y<0.5时，Li与晶格的连接较弱，Li2O很容易从表面逸出，具有较高的迁移率，从而造成y值进一步减小。
对于LiNbO3晶体，Li2O从表面逸出时不会造成寻常光折射率no的改变，但是当0.48<y<0.5时，非寻常光的折射率ne会随着y的减小而线性增大。
所以，波导的形成可以通过y值的减小，即Li2O从表面向外扩散法得到实现，如图1所示。
图1 Li2O发生扩散前、后的铌酸锂晶体1978年，Holman等人提出了一种通过氧化锂的扩散来控制非化学计量铌酸锂的方法[1]。
这种方法是将铌酸锂晶体放入坩埚中，坩埚由Li2O组成或者由锂原子不足的化合物组成。
这样通过坩埚的反应，既可以向晶体中引入锂原子，也可以从晶体中移出锂原子，从而进行外扩散或内扩散形成光波导。
该方法可以很好地减小光学损伤，并可以根据特定需要来制作光波导。
但是这种方法并不能制作出理想的低损耗光波导。
湿氧坩埚外扩散法可以减小平面波导的折射率敏感度,Wood等人于1981年发现在一个更加严格满足化学计量比的铌酸锂晶体中，锂外扩散的比例会更大，而活化能不依赖于晶体的化学计量比[2]。
外扩散可以制作厚度在10 μm量级、有效宽度较大的平面光波导。
但是，较大的波导有效宽度会降低波导区域的载流子浓度，增大器件的等效电容和调制电压幅度，从而限制了器件的调制带宽。
因此在大部分注入型集成光电器件的应用中，需要采用条形波导或者脊状波导，而不采用有效宽度较大的平面波导。
条形或脊状波导可以用刻蚀的方法制作，而不需要使用外扩散的方法[3]。
2 金属内扩散在20世纪60～70年代，人们对基于铌酸锂制作的光波导进行了深入的研究，并发现大量过渡金属元素，如镁、镍、锌、铁、钴、铬、V族元素和钛等都可以被用作扩散剂，进入铌酸锂晶体内形成光波导。
金属扩散的主要工艺过程如下：首先，将薄金属膜通过真空蒸发或溅射的方式沉积在晶体表面，然后在高温(850～1 150℃)的气体环境中进行扩散。
通过大量实验人们发现，二价的金属原子扩散(如镍、锌和镁的扩散)会造成非寻常光折射率ne的减小，镁的扩散会使寻常光折射率no也减小。
当镍或锌扩散时，no会增大。
当三价或四价的原子(如铁、铬和钛)扩散进入LiNbO3时，no和ne都会增大[4-5]。
在1974年钛扩散工艺第一次被应用后[6]，人们发现用Ti扩散制成的波导可以很好地对光进行限制，并可以相当大程度地增大no和ne，即制作出来的光波导支持TE(横电模)和TM(横磁模)两种模式的传输，Ti扩散进入铌酸锂的研究得到了广泛的关注。
此后，各种基于Ti扩散的波导器件被提出和证实。
现在，使用Ti扩散制作光波导在金属内扩散法中仍占据主要地位。
Ti扩散层是在900～1 150 ℃的温度范围内，在充满氩气、氮气、氧气或空气的环境中形成的(见图2)，扩散时间从0.5～30 h不等。
由于扩散的各向异性，用于制作波导的基片采用Y、Z切。
同时，人们也开始关注Ti扩散改变折射率的工艺和原因。
Sugiiet等人提出折射率的改变是由于偏振度的增大和Ti、Nb离子的不同体积所造成的光弹性效应[7]，而TE和TM模式的有效折射率依赖于扩散时间td。
Griffiths等通过比较改变折射率差的两种不同工艺推断出，在Y切样品中，表面非寻常光折射率的改变与Ti和Nb的比率有关，并且对于晶体的氧化情况非常敏感[8]。
同时，他们也观察到在长时间的扩散中，折射率分布与高斯函数近似，可以更好地用指数函数近似。
Minakata 等人在一个Y切样品中观察到非寻常光折射率的改变随Ti浓度线性变化[9]。
图2 Ti扩散制作铌酸锂波导在Ti扩散制作波导的过程中，会伴随有氧化锂从晶体表面向外扩散。
氧化锂的向外扩散会导致折射率的改变，造成波导与周围衬底的折射率差减小。
目前普遍采用的是Ti扩散与VTE(气相传输平衡)技术同时进行的工艺，如采用在湿氧环境中进行Ti扩散的技术。
但是也有相关的研究表明，先进行Ti扩散，然后再使用VTE技术处理更有优势[10]。
通常采用Ti的内扩散工艺制备波导器件，其波导传输损耗低(0.2～0.5 dB/cm)，光场的模场能与单模光纤很好匹配，其耦合损耗一般是l dB左右(最低达0.15 dB)；调制器和开关的驱动电压约10 V(最低达0.35 V)；Alcatel、Codeon、JDSU和Corning等公司都宣布已经成功将基于铌酸锂晶体的40 GHz的调制器商品化。
3 离子交换离子交换主要用于制作以玻璃为衬底的光波导。
Shah第一个用离子交换的方法制作了铌酸锂波导[11]。
他发现，将X切LiNbO3晶体浸入360 ℃的硝酸银，几个小时后(>3 h)会发生银锂离子的交换。
这一交换会使ne增大，最大约为0.12，并呈阶跃分布。
但是制作出的波导质量较差，光衰减达到6 dB/cm。
1980年，Jackel首先制作出了传输损耗<2 dB/cm的光波导并且Δne可达到0.05，这是光波导领域中的一个里程碑[12]。
她也证明了铊/锂交换制成的波导的光传输损耗为1.5 dB/cm，Δne=0.12～0.13。
Chen等推断X切LiNbO3晶体浸入熔融状的TiNbO3失去Li或Li2O形成的波导层折射率高于Ti向内扩散制作的波导[13]。
Chen和Jackel在随后的大量实验中发现，主要是H-Li交换造成ne的较大改变，并且远大于Ag或Ti离子进入LiNbO3晶体[14]。
4 质子交换Jackel第一个采用H-Li质子交换来制作铌酸锂光波导，并由Nutt提出首个较为完整的质子交换方案[15]。
当LiNbO3晶体浸入质子源，如酸或氢熔融物，一段时间后，将会发生质子交换，如图3所示。
通过大量实验对质子源进行比较，一般选用120～250 ℃的苯甲酸。
质子源的酸度会影响质子交换的程度。
在波导制作过程中，只会发生部分质子交换，因为完全的质子交换会导致晶格结构的改变和衬底上出现裂痕。
同时，由于在质子交换过程中晶格张力在短时间内迅速增大，Y切晶体比X、Z切晶体发生表面损伤要快很多(在220 ℃时，在Y切晶体中仅需几分钟；在X切晶体中为4 h，在Z切晶体中为15 h)，所以在质子交换时，一般选用X、Z切铌酸锂晶体制作波导。
图3 质子交换原理示意图质子交换会导致ne增大，而no减小。
质子交换后，根据氢原子H的含量，ne的分布会接近于阶跃分布。
同时，在纯苯甲酸交换得到的波导中还存在一些其他的问题，如电光和声光系数的减小。
上述问题可以通过稀释苯甲酸得到解决，并获得稳定性较高、光传输损耗低、平面内散射低和光电特性较好的光波导。
但是，即使将LiNbO3晶体放在稀释后的苯甲酸中进行质子交换，质子交换后晶体的电光系数和非线性光学系数仍然会急剧降低，所以退火是必须的。
退火可以减小晶格失配度，并且极大地恢复电光系数和非线性光学系数。
Li M J 等人第一个提出双质子交换工艺[16]。
他们制作出了平面铌酸锂波导，Δne=0.11，并且在波长0.632 8 μm处的光传输损耗为0.4 dB/cm。
他们也证明了可以将这个新的制作工艺与Ti扩散相结合来制作性能更好的波导，以支持TE和TM模的传输。
目前，采用质子交换法制作高质量光波导的工艺过程如下：首先在铌酸锂衬底上通过光刻和刻蚀工艺制作出介质膜或金属掩膜的波导窗口，接着在超过200 ℃的高温下，在掺有苯甲酸钠或苯甲酸锂的苯甲酸熔液中进行质子交换，然后在350 ℃的氧气环境下进行退火，从而得到高质量的光波导。
5 结束语本文总结了制作铌酸锂光波导的常用工艺技术和进展，对表面外扩散、金属内扩散、离子交换和质子交换进行了分析。
通过比较，总结了不同工艺制作的铌酸锂光波导的性能。
本文还简述了近几年研究得出的铌酸锂波导光学特性和结构特性之间的理论关系。
参考文献：[1] HOLM AN R L, CRESSMAN P J, REVELLI J F. Chemical control of optical damage in lithium niobate [J]. Appl Phys Lett, 1978, 32: 280-283.[2] WOOD VAN E, HARTMAN N F, AUSTIN A E, et al. Stoichiometry dependence of lithium outdiffusion in LiNbO3 [J]. Appl Phys Lett, 1981, 52: 1118-1120.[3] KAMINOW I P, RAMASWAMY V, SCHMIDT R V, et al. Lithium niobate ridge waveguide modulator [J]. Appl Phys Lett, 1974, 24: 622-624.[4] SCHMIDT R V, KAMINOW I P. Metal-diffused optical waveguides in lithium niobate [J]. Appl Phys Lett, 1974, 25: 458-460.[5] Fukuma M, Noda J. Optical properties of titanium-diffused LiNbO3 strip waveguides and their coupling-to-a-fiber characteristics [J]. Applied Optics, 1980, 19(4): 591-597.[6] SCHMIDT R V, KAMINOW I P. Metal-diffused optical waveguides in lithium niobate [J]. Appl Phys Lett, 1974, 25: 458-460.[7] SUGII K, FUKUMA M, IWASAKI H. A study on titanium diffusion into LiNbO3 waveguides by electron probe analysis and X-ray diffraction methods [J]. Mat Sci, 1978, 13：523-533.[8] GRIFFITHS G J, ESDAILE R J. Analysis of titanium diffused planar optical waveguides in lithium niobate [J]. IEEE J Quant Electron, 1984, QE-20: 149-159.[9] MINAKATA M, SAITO S, SHIBATA M, et al. Precise determination of refractive index changes in Ti diffused LiNbO3 optical waveguides [J]. Appl Phys, 1978, 49: 4677-4682.[10] Zhang De-Long，Wong W H, Pun E Y B. Near-stoi-chiometric LiNbO3 optical waveguides fabricated using vapor transport equilibration and Tico-diffusion [J]. Appl Phys, 2004, 85: 3002-3004.[11] SHAH M L. Optical waveguides in LiNbO3 by ion ex-change technique [J]. Appl Phys Lett, 1975, 26: 652-653.[12] Jackel J L. Optical waveguides in LiTaO3: silver lithi-um ion exchange [J]. Applied Optics, 1980, 19(12): 1996-1999.[13] CHEN Y X, CHANG W S C, LAU S S, et al. Char-acterization of LiNbO3 waveguides exchanged in TiNO3 solution [J]. Appl Phys Lett, 1982, 40: 10-12.[14] JACKEL J L, RICE C E. Variation in waveguides fab-ricated by immersion of LiNbO3 in AgNO3 and T1NO3: the role of hydrogen [J]. Appl Phys Lett, 1982, 41: 508-510.[15] JACKEL J L, RICE C E, VESELKA J J. Proton ex-change for high-index waveguides in LiNbO3 [J]. Appl Phys Lett, 1982, 41:607-608.[16] LI M J , DE MICHELI M, OSTROWSKY D B, et al. High index, low loss LiNbO3 waveguides [J]. Opt Commun, 1987, 62: 17-20.。
