Моделирование температурного режима формирования волноводов в градиентном ниобате лития
Введение
В настоящее время проводится активное исследование сегнетоэлектрических материалов, благодаря их широкому применению в различных областях техники. Интерес к сегнетоэлектрикам обусловлен наличием у них рекордных пьезо- и пироэлектрических, нелинейно-оптических, диэлектрических и ряда других важных для применения характеристик.
Существование доменной структуры в сегнетоэлектриках также открывает уникальные возможности управления различными характеристиками кристаллов за счет создания в них определенной стабильной микро- и нанодоменной структуры (доменная инженерия).
Одним из наиболее востребованных сегнетоэлектрических кристаллов является ниобат лития LiNbO3 (LN), который широко используется в электрооптических, нелинейно-оптических и акустических устройствах. Кроме того, LN является базовым материалом интегральной оптики.
Одно из актуальных направлений физики сегнетоэлектриков - доменная инженерия, целью которой является создание доменных структур с контролируемо
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Процессы формирования волноводов 6
1.1 Метод ионной диффузии 6
1.2 Метод ионной имплантации 6
1.3 Методы вакуумного нанесения 7
1.4 Методы диффузии 9
2 Физико-химические основы ионообменной диффузии в стекле 13
2.1 Ионообменная реакция в стекле 13
2.2 Математическое решение ионного обмена в стекле 18
3 Метод термодиффузии титана в ниобате лития 23
4 Протонный обмен LiNbO₃ 29
4.1 Метод протонного обмена 29
4.2 Получение оптических волноводов методом ионного обмена 30
4.3 Диффузионные процессы при ионном обмене H →Li в LiNbO_3 31
5 Практическая часть 32
Заключение 41
Список использованных источников 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Салех, Б. Оптика и фотоника. Принципы и применения. Т.1. / Б. Салех, М. Тейх. – Москва: Интеллект, 2012. – 760 с. – ISBN 978-5-91559-038-9.
2. Галуцкий, В.В. Электронный лабораторный практикум по дисциплине «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства» / В.В. Галуцкий, Н.В. Киселёв, Е.В. Строганова. – Краснодар: Новация, 2016. – 78 с. – ISBN 978-5-9909385-7-1.
3. Зеленовский, П.С. Учебное пособие «Основы интегральной и волоконной оптики» / П.С. Зеленовский – Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2019. – 132 с.
4. Безпалый, А. Д. Кольцевые волноводы, поточечно индуцированные в фоторефрактивном ниобате лития лазерным излучением / А. Д. Безпалый, В. М. Шандаров, И. В. Шевченко // III Всероссийский научный форум «Наука будущего – наука молодых»: сб. тез. уч. фор., 12–14 сен. 2017 г. – Нижний Новгород, 2017. – 185 с.
5. RP Photonics Encyclopedia // Канальные волноводы. Энциклопедия оптики и оптоэлектроники. – 2021. – URL: https://www.rpphotonics.com/encyclopedia.html (дата обращения: 01.02.2021)
6. Кабельный завод Старлинк // Распространение света в одномодовых и многомодовых волноводах. – 2021. – URL: https://www.cabeltov.ru/. (дата обращения: 05.02.2021)
7. Исследование оптических свойств диффузионных волноводов на стеклах / B. C. Дорош, И. А. Одувалина, E. Б. Хотнянская, Н. А. Яковенко // ЖТФ. – 1983. – Т.53. – № 9. – 1856 с.
8. Righini, G.C. Active and Quantum Integrated Photonic Elements by Ion
Exchange in Glass / G.C. Righini, B. J. Liñares // MDPI : Applied. Sciences. – 2021. – 32 p.
9. Broquin, J.-E. Integrated Photonics on Glass: A Review of the Ion-Exchange Technology Achievements / J.-E. Broquin, S. Honkanen // MDPI : Applied. Sciences. – 2021. – 18 p.
Введение щелочных катионов, встраивающихся в сетку стекла, приводит к разрыву связей Si-O. В структуре щелочно-силикатных стёкол различают мостиковые, т. е. связанные с двумя тетраэдрами, и немостиковые атомы кислорода, которые связаны с одним тетраэдром и щелочным катионом для компенсации заряда (рисунок 4). С другой стороны, добавление только щелочных металлов в состав силикатного стекла приводит не только к снижению рабочего диапазона температур, но и ухудшению химической устойчивости стёкол. Введение щелочноземельных металлов способствует связыванию структуры стекла, так как каждый ион щелочноземельного металла, например, ионов кальция, для компенсации заряда образует связи сразу с двумя немостиковыми атомами кислорода (рисунок 5). Натрий-кальциево-силикатная система является основой большинства технических стёкол, что и определяет наибольшую распространённость данного класса стёкол в мире. Ещё один важный