光波导作为集成光学的基本结构,可以用来连接集成在衬底上的各个光学元件,是各种集成光器件的基础。由于光波导的性能会直接影响整个集成光路系统的质量,因此制备高质量、性能优越的光波导一直是集成光学领域研究的目标之一。离子辐照或离子注入作为材料表面改性的有效方式,可以用于制备光波导,并被广泛的应用于金属、半导体、光学晶体、陶瓷、聚合物等多种材料。离子注入过程可以用SRIM(the Stopping and Range of Ions in Matter)软件来模拟,注入过程的离子射程、电子能量损失和核能量损失等都可以计算得到。离子注入后的样品,可以通过退火恢复部分晶格损伤,激活注入离子。光波导的折射率分布、近场光强分布和损耗等,可以通过棱镜耦合和端面耦合方法测试。离子辐照过程对晶体荧光特性及晶格结构的影响可以通过微荧光光谱、拉曼光谱、卢瑟福背散射沟道分析技术测试。离子辐照前后的晶体的表面形貌可以用原子力显微镜和透射电子显微镜表征。本文的工作主要围绕离子辐照或离子注入钇镓石榴石晶体和碳化硅晶体展开,主要包含三部分内容:快重离子辐照掺钕的钇镓石榴石(Nd:YGG)晶体制备光波导;多能量的He离子注入掺镱的钇镓石榴石(Yb:YGG)晶体制备光波导;多种剂量的P离子辐照4H型碳化硅(4H-SiC)晶体产生的损伤研究。具体内容如下:30MeV的Kr8+以2×1012ions/cm2的剂量注入Nd:YGG晶体,制得了一个高质量的折射率增强的势阱型平面光波导。这种波导因为能有效的避免隧道效应,传输损耗较低,通过端面耦合的方法测得其传输损耗约为0.8dB/cm。并且因为其超低的注入剂量,波导的原子排布损伤(displacement per atom,dpa)也非常低(0.0012),这有利于保障材料的表面质量,在对晶体质量要求较高的应用器件中有较大的应用潜力;离子辐照后Nd:YGG晶体的荧光发射特性和拉曼特性在波导区域都得到了很好的保留。基于这些分析,我们通过大量的实验研究探索出了合适的波导制备条件,提供了一种有竞争力的Nd:YGG晶体波导制备方法,为该晶体在集成光学领域的应用提供了实验依据。多能量的He离子以(400+450+500)keV的能量、9.6×1016 ions/cm2的总剂量注入Yb:YGG晶体,制备了折射率降低的位垒型平面光波导,波导区域的深度约为1μm。在对该波导进行级联退火的过程中发现:当退火温度低于500℃时,平面光波导有较好的热稳定性;当温度高于500℃时,会导致Yb:YGG晶体表面剥落,这是由于注入的He离子形成He泡并破裂导致的,这项工作结合Bonding技术制在制备Yb:YGG薄膜方面有参考价值。不同剂量的100keV的P离子在室温下辐照4H-SiC晶体,用卢瑟福背散射和透射电子显微镜测量了 100keV的P离子注入后的4H-SiC的晶格损伤。根据卢瑟福背散射、透射电子显微镜和SRIM的结果,我们认为非晶化损伤阈值约为0.3 dpa。透射电子显微镜观察发现,100keV,1.0X 1015ions/cm2的P离子辐照样品后,4H-SiC表面的膨胀率约为10%。从棱镜耦合的结果来看,经退火处理后晶格损伤可以部分恢复。通过拉曼光谱和吸收光谱分析我们发现,随着注入4H-SiC晶体的剂量的增加,晶格的损伤加重,在晶体内部产生了较多的色心。这项工作为硅基电子器件的选择性掺杂提供了参考数据。