大法拉第磁光石榴石薄膜材料及在磁光开关中的应用研究

摘要

随着互联网的大众化普及，全光网络的发展应时代需求而出现。在全光网络中，光开关是一个重要的部分。与其他光开关相比，磁光开关具有速度快、稳定性高、驱动电压低和串扰小等优势。其中磁光材料是磁光开关的核心部件。具有大法拉第磁光效应的材料是提升开关性能的决定因素。由于磁光薄膜发展的滞后，目前实用化的磁光开关多为体型器件，体积、重量、集成性及稳定性都相对较差，因而对磁光薄膜材料的研究需不断深入。本文就是对大法拉第磁光薄膜材料及其在磁光开关中的应用进行了探索和研究。
　　首先，采用射频磁控溅射法在不同工艺条件下制备了不同掺杂浓度的 Bi:YIG和Ce:YIG多晶薄膜。热处理后，对薄膜的微观和宏观性能进行分析。获得了磁光法拉第旋转最大时的最佳制备和热处理工艺，我们制备了具有大法拉第磁光效应的石榴石薄膜材料，符合磁光开关制备的要求。Bi1.5:YIG薄膜溅射气氛为5sccmAr+4％O2，退火温度为680℃，法拉第旋转系数为1.99°/μm。Ce1.2:YIG薄膜，当溅射气氛为5sccmAr+10%O2，退火条件为750℃氢气，磁光法拉第旋转系数θF最大为1.22°/μm。同时采用无铅液相外延工艺制备了BiLuIG单晶磁光薄膜。薄膜表面缺陷少，平整度高，其法拉第旋转系数高达2.1°/μm。采用两种方法都制备得到了具有大法拉第磁光效应的石榴石薄膜材料。
　　最后，根据磁光开关的原理，对磁光开关的光路、磁路和电路进行了设计。设计制作了脉冲电流发生器来驱动线圈。通过控制电路产生脉冲电流来驱动外加螺线管线圈来产生磁场，磁化薄膜，改变通过磁光薄膜的入射光的偏振面，实现光路的开闭。采用GSF薄膜作为开关中的磁光材料，根据设计制作出实物，并对磁光开关进行了简单的测试。

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第一章 绪 论

1.1 石榴石薄膜材料的研究进展

1.2 光开关的发展现状

1.3 磁光开关的国内外研究现状

1.4 本论文的主要研究工作

第二章 铋掺杂石榴石薄膜的制备及性能分析

2.1 射频磁控溅射法简介

2.2 固相法制备靶材

2.3 射频磁控溅射工艺及热处理

2.4 Bi:YIG薄膜性能分析

2.5本章小结

第三章 射频磁控溅射法制备Ce:YIG薄膜及性能分析

3.1 固相法制备Ce:YIG靶材和溅射工艺参数

3.2 Ce:YIG薄膜性能分析

3.3 本章小结

第四章 液相外延法制备BiLuIG薄膜及性能分析

4.1 液相外延工艺简介

4.2 助熔剂、基片的选择与工艺参数

4.3 外延薄膜的性能分析

4.4 本章小结

第五章 磁光开关的设计制作

5.1磁光材料的选取

5.2 磁光开关的整体结构

5.3磁场的计算与设计制作

5.4 电流脉冲发生器的设计制作

5.5 测试系统及初步测试结果

5.6 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果