离子辐照掺铒碳化硅荧光及铌酸钙钡钠波导特性的研究

摘要

离子辐照作为一种材料表面改性方式，可以使材料表面的物理、化学、电光、机械性能等发生改变，能有效地优化材料表面的各种性能。通过离子辐照技术不仅能够确保掺杂离子的纯度，实现了注入离子的纯净掺杂、实现不同类型的离子注入掺杂，而且离子辐照对所需的温度适应范围较广。基于离子辐照技术各种优异的性能，在材料表面改性方面越来越受到广泛的应用。 本论文利用离子辐照技术，进行了两部分工作：第一，室温下，对SiC晶体进行了铒离子掺杂，在低温情况下观察到了铒离子在1.24μm处的发光现象，并对该发光现象给出了合理的解释；第二，室温下，对Na:CBN晶体进行了多重能量的He离子注入，制备了厚度约为1μm的Na:CBN平面光波导结构。 本文研究的主要工作内容为： （1）用能量为280keV，剂量为5×1013ions/cm2、1×1014ions/cm2、5×1014ions/cm2的Er3+注入到三组6H-SiC晶体表面区域，进而实现Er3+在SiC晶体材料近表面区域对6H-SiC晶体的有效掺杂。对掺杂后的上述样品进行卢瑟福背散射测量和光致发光光谱测量的分析研究，不同于铒离子在1.5μm处的光致发光，低温条件下，三组样品中我们均观测到了铒离子在1.24μm处的发光光谱。分析后认为铒离子在1.24μm处发光光谱的产生是由于Er3+:4S3/2→4I11/2的能级跃迁产生的。伴随着注入剂量的增加，1.24μm处的铒离子荧光现象呈现出相对增加的趋势。分析后认为铒离子注入引起的晶格缺陷使Er3+的4S3/2→4I11/2能级跃迁比 4I13/2→4I15/2能级跃迁更容易发生，而铒离子在 4S3/2→4I11/2能级跃迁正对应于在1.24μm处的Er3+光致发光。 （2）利用多能量氦离子注入Na:CBN晶体中制备了Na:CBN平面光波导结构。室温下，He离子注入的能量为(450＋500＋550)keV，注入剂量为(3+3+3)×1016ions/cm2。利用棱镜耦合和端面耦合的测量方法，进行分析研究He离子注入Na:CBN晶体的波导特性。实验过程中，利用SRIM软件模拟了He离子注入Na:CBN晶体中离子损伤的形成过程；FD-BPM模拟了Na:CBN波导中光的传播过程，并得到了光强分布特征；显微拉曼成像对制备的Na:CBN波导结构进行了测量，获得了离子注入后Na:CBN晶体结构特征信息。在He离子注入Na:CBN晶体材料过程中，我们认为存在一个造成晶格损伤的临界值，当离子损伤达到临界值的时候，在ne偏振方向上可以进行单模模式传输。实验结果得到了能在ne偏振方向上进行单模传输的Na:CBN波导结构。这项研究可以为基于铌酸钙钡钠晶体集成光学器件的研究提供有用的信息。

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摘要

ABSTRACT

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 论文的主要内容

1.3 研究目的及意义

第2章 波导结构有关性质以及光波导测量方式

2.1 离子注入机工作原理

2.2 离子注入过程中引起晶体的缺陷类型

2.3 多能量离子注入与重离子注入

2.4 棱镜耦合和端面耦合表征方法

2.5 背散射测量

2.6 离子注入在靶材内的作用过程形成波导结构

第3章 铒离子注入碳化硅材料晶体的荧光特性

3.1 傅里叶红外光谱仪测量原理与光束传播方法

3.2 稀土铒离子的发光性能简要分析

3.3 铒离子掺杂SiC性能分析

3.4 进行铒离子辐照晶体实验过程

3.5 结果分析

3.6 总结

第4章 离子注入铌酸钙钡钠光波导及测量

4.1 光波导

4.2 光波导中光的模式

4.3 CBN光波导

4.4 实验细节

4.5 结果与讨论

第5章 实验总结

5.1 主要结果

5.2 论文创新点

5.3 研究展望

参考文献

后 记

时光荏苒，岁月如梭。转眼之间，我的硕士毕业论文的撰写渐渐接近尾声，回想三年前自己选择读研时的情形，仿

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况