离子注入结合离子交换技术制备KTiOPO_4光波导特性研究

用离子注入结合离子交换技术形成了KTiOPO4平面光波导,研究了离子注入对离子交换波导结构的影响.使用棱镜耦合法测量了波导特性,结果显示形成了表面折射率升高的多模波导,通过背散射技术研究了离子交换后的Rb离子分布.实验表明,注入离子导致样品晶格损伤,在2.8μm处对离子交换形成了阻挡层,阻止了交换向KTP晶体的更深处进行.     

离子注入掺杂锐钛矿TiO2薄膜的光学性能

 在玻璃基体上,采用射频磁控溅射方法在不同的基体温度下制备了TiO₂薄膜,然后在薄膜中注入注量分别为5×1016, 1×1017和5×1017/cm2的N离子以制备N掺杂的TiO₂薄膜。X射线衍射结果表明：制备出的TiO₂薄膜为锐钛矿型。X射线光电子能谱研究结果表明：注入的N离子与TiO₂晶粒相互作用,形成了含氮的TiO_xN_2-x化合物,从而改变了TiO₂薄膜的吸收边;随N离子注量增加,吸收边移动更明显;同时,由于氮离子注入产生的辐照缺陷使TiO₂薄膜在紫外和可见光区的吸收也明显增强。     

离子注入对C60薄膜结构的影响

利用高能离子注入技术系统地研究了不同剂量、不同种类离子注入对C₆₀薄膜结构的影响,并利用Raman光谱对其结构进行分析．结果表明：中等能量的离子注入会影响C₆₀薄膜的结构,使C₆₀分子薄膜产生聚合和非晶碳化现象,但上述现象的出现与注入离子的剂量大小有关,并存在一注量阈值,只有在此阈值之上,C₆₀薄膜结构才发生改变,研究表明这与注入离子同C₆₀分子之间互作用方式有关.     

氮气退火对二氧化钛薄膜光学性能的影响

 提出了一种利用离子注入和后续退火制备氮掺杂TiO₂薄膜的方法。首先在室温下向石英玻璃中注入Ti离子,随后在氮气中退火到900 ℃,从而制备了氮掺杂的玻璃基TiO₂薄膜。SRIM2006程序模拟和卢瑟福背散射谱（RBS）研究表明注入离子从样品表面开始呈高斯分布,实验结果和模拟结果吻合很好。X射线光电子能谱（XPS）研究结果表明注入态样品中形成了金属Ti和TiO₂,900 ℃退火后金属Ti转变成TiO₂,同时N原子替代少量的晶格O原子形成了O－Ti－N化合物。紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）结果显示,当退火温度至500 ℃时,在吸收光谱中开始出现TiO₂的吸收边,随退火温度升高到900 ℃,由于O－Ti－N化合物形成,TiO₂的吸收边从3.98 eV红移到3.30 eV,TiO₂吸收边末端延伸到可见光区,在可见光区的吸收强度明显增加。     

LiFePO4中对位缺陷的第一性原理研究

基于考虑了Fe-3d电子间的库仑作用U和交换作用J的GGA+U方案,应用第一性原理计算方法系统研究了LiFePO₄的对位缺陷,以及对位缺陷的形成对材料的电导率和离子扩散速率的影响.结果表明,Li/Fe交换缺陷是最容易形成的,形成缺陷后的Fe—O键变长,扩宽了Li离子传输通道,有利于Li离子在通道中的扩散,对材料电化学性能的改善起到了一定的作用.     

近场光学显微镜研究CdS0.65Se0.35纳米带空间分辨光致荧光谱

通过热蒸发方法成功制备出CdS_0.65Se_0.35纳米带，得到的纳米带表面光滑，宽度厚度均一，表现出很高的结晶质量.使用近场光学显微镜对纳米带室温下的带边荧光波导和光致荧光近场光谱进行研究.发现CdS_0.65Se_0.35纳米带呈现良好的光波导的特性；同时通过近场光学显微镜得到的空间分辨光谱，发现随着传播距离的增大，纳米带的光致荧光光谱有持续的红移现象.这种光谱红移现象是带间跃迁过程中带尾态的吸收效应引起的，并作了光谱带尾态吸收的理论模拟与实验结果进行比较.光波导传输过程中光谱的变化反映了信息在整个传导过程中的情况，体现了信息传递过程中的稳定性和有效性.三元合金材料CdS_0.65Se_0.35纳米带的波导和光谱性质研究，对于其他组分可调的三元合金纳米结构的制备和研究，及发展新型的纳米功能器件有重要意义.     

Ag-Na离子交换玻璃波导的折射率分布研究

用Ag-Na离子交换技术制备了玻璃平面波导.通过棱镜耦合技术测量了波导的模折射率,用反WKB方法拟合得到了平面波导的折射率分布为高斯分布.发现Ag-Na离子交换的扩散系数与交换时间有关,并且随着交换时间的增加而减小.使用随离子浓度变化的扩散系数求解扩散方程得到了玻璃内部Ag离子浓度分布,并通过SEM谱证实了求解的正确性;使用一次多项式模拟的方法求解折射率变化与Ag离子浓度变化之间的关系,得到了平面波导的折射率分布.与反WKB法只能获得多模离子交换平面波导的折射率分布相比,这种方法可以得到任意扩散时间下折射率变化与Ag离子浓度,可以获得单模平面波导的折射率分布.     

Cu2+离子注入的石英光波导的特性研究

利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

Cu~(2+)离子注入的石英光波导的特性研究（英文）

利用Cu~(2+)离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu~(2+)离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

电脉冲对多晶La0.7Ca0.3MnO3比热的影响

对电脉冲诱导的不同电阻态下La_0.7Ca_0.3MnO₃样品的比热进行了研究.实验结果表明,电脉冲导致La_0.7Ca_0.3MnO₃样品比热随电阻状态发生可逆变化.比热随电阻状态的减小而减小.低温比热拟合及不同电阻状态下的比热差与温度关系说明,声子对比热的贡献不随电阻状态变化,磁性和载流子对比热的贡献是导致La_0.7Ca_0.3MnO₃样品比热变化的原因.电脉冲诱导O离子沿一维扩展性缺陷的电化学迁移,导致材料中局部区域的O离子浓度发生变化.O离子浓度的变化导致载流子浓度的变化,同时载流子浓度的变化将使得低温下磁性耦合强度发生变化,从而导致比热发生变化.     

基于离子交换条波导的生物溶液浓度传感研究

提出并实施了一种实验推定离子交换单模条波导折射率分布的新方法,给出扩散系数可用常量等效的离子交换条件,导出了条波导离子交换制备过程的两维扩散方程的一般解,拟合推定了离子交换条波导的折射率分布.多波长测试的折射率色散通过引入玻璃色散关系解决,样品测试中表征导模吸收损耗的传播常量虚部由KK变换确定.在此基础上,试制了光纤-条波导-光纤一体化传感器结构,验证实测了多种不同浓度的葡萄糖溶液,最低检测限为0.1 μM,实现了低浓度微量测试,验证了条波导传感机制的有效性.     

离子注入法形成的LiTaO3平板光波导的特性分析

用能量为２．８ＭｅＶ、剂量为１．４×１０１６ｉｏｎ／ｃｍ２的Ｈｅ＋在室温（３００Ｋ）下注入到晶体材料ＬｉＴａＯ３中，形成了离子注入平板光波导。用棱镜耦合法观察和测量了ＬｉＴａＯ３波导导模的分布，并对退火前后的ＬｉＴａＯ３波导的折射率分布进行了计算和比较。利用背散射／沟道技术分析了由于Ｈｅ＋的注入而引起的波导表面的损伤。     

An He-implanted optical planar waveguide in an Nd:YGG laser crystal preserving fluorescence properties

We report the formation of a planar waveguide in an Nd:YGG laser crystal by low-energy He-ion implantation at liquid nitrogen temperature (77 K). The optical properties are measured by the prism coupling and end-face coupling methods, the absorption properties the waveguide and Nd:YGG substrate are obtained. The fluorescence spectrums are investigated by confocal methods. The experimental results revealed that the planar waveguide preserved the absorption and fluorescence properties of the Nd:YGG laser crystal. Thus, the planar waveguide formed by the ion implantation method is a promising candidate in waveguide lasers.     

K-Na离子交换单模平面波导的制备及其表征

通过K-Na离子交换技术制备了多模玻璃平面波导.采用棱镜耦合技术测量了波导的有效折射率,用IWKB方法拟合得到K-Na离子交换波导的折射率分布符合高斯分布,由色散曲线得到单模波导的制备条件(即扩散深度范围),从而得出单模波导的离子交换时间范围,制备出单模波导,并通过求解WKB色散方程得出单模波导的表面折射率.用普通数码相机,通过对离子交换平面玻璃光波导传输线进行数字成像,根据传输线上的光强分布拟合出光强传输衰减曲线,计算出单模波导的传输损耗大约为0.4 dB/cm.     

Double optical waveguide in Cu-doped KNSBN crystal formed by MeV boron ion implantation

We reported for what is to be believed the first time a double optical waveguide in a Cu-doped potassium sodium strontium barium niobate (KNSBN) crystal formed by double boron ion implantation. The energy and dose of B⁺ and B³⁺ ions were (3+6) MeV and (2+2)×10¹⁴ ions/cm², respectively. The refractive index profile of the waveguide showed a double-barrier confined shape, which suggested the formation of a two-layer waveguide structure. The two waveguide layers were with thickness of 2.6 and 2 μm, respectively, which was in a good agreement with the parameters obtained from transport and range of ions in matter 98 (TRIM) code simulation. The nuclear energy loss distribution of the MeV B ions implanted into this crystal had a similar shape to that of the waveguide index profile, which means an inherent relationship between the waveguide formation and the energetic energy deposition.     

离子注入层的X射线光电子能谱分析

采用金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子源发出的强束流脉冲钨离子,对H13钢进行了离子注入表面改性研究,借助X射线光电子能谱（XPS）考察了注入表面层中钨,氧,铁的化学状态,研究发现,钨离子注入层中钨元素以替位钨和三氧化钨形式存在,铁元素以金属铁和三氧化二铁形式出现,而且各价态元素的原子比随深度而变化。     

Ion implantation into fused quartz for integrated optical circuits

Results obtained in the fabrication of slab and strip waveguides by ion implantation into fused quartz are discussed. Using a step-index waveguide model the increase in refractive index is calculated. The optical loss is smaller than 1 dB/cm at λ = 568 nm without annealing. The properties of strip waveguides fabricated by ion implantation through photoresist masks of thicknesses from 0.4 μm to 0.8 μm are described. A bright fluorescence is observed with emission at 530 nm and 640 nm and its dependence on ion fluence and ion energy is measured.     

Optical waveguide with homogeneous refractive index profile in LiNbO3 by double-low-energy Oxygen ion implantation

We report on the formation of the planar waveguide by 550 keV O ion followed by 250 keV O ion implantation in lithium niobate (LiNbO₃), at fluences of 6 × 10¹⁴ ions/cm² and 3 × 10¹⁴ ions/cm², respectively. The Rutherford backscattering/channeling spectra have shown the atomic displacements in the damage region before and after annealing. A broad and nearly homogeneous damage layer has been formed by double-energy ion implantation after annealing. Both the dark mode spectra and the data of refractive index profile verified that the extraordinary refractive index was enhanced in the ion implanted region of LiNbO₃. A homogeneous near-field intensity profile was obtained by double-low-energy ion implantation. There is a reasonable agreement between the simulated modal intensity profile and the experimental data. The estimated propagation loss is about 0.5 dB/cm.     

The Observation of Photorefractive Effect of Prism Coupling in Ion-implanted Fe-doped LiNbO_3 Plannar Waveguide

1.IntroductionTheFe--dopedLithiumNiobate(LiNbO3)crystalhavebeenintensitystudiedbecauseoftheirimprovedphotorefractivepropertiesandutilizationinawiderangeofapplicationsinopticalstorage,opticalphaseconjugationandtwo-andfour--wavemixingtechniques.ThewaveguidefabricatedwithsuchcrystalisdesirablebecauseitprovidescomP8tibilitywithotherminiaturizedintegrateddevicescommonlyusedtoday,particularwithlaserdiodesandfibergeometries.Comparingtootherwaveguidefabricationtechniques,suchasmetaldiffusionorionex…