抗光折变近化学计量比 Ti:Mg:PPLN条波导的制备与表征

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采用周期极化铌酸锂(PPLN)晶体实现准相位匹配(QPM)是集成光学领域的一个研究热点。不仅如此,周期极化的绝缘衬底铌酸锂(PP-LNOI)波导能够将铌酸锂对THz波的吸收降到最低,在高效稳定THz辐射源的研究和应用方面具有巨大的发展前景。本文成功制备了具有抗光折变效应的近化学计量比Ti:Mg:PPLN条波导,并实现了波长532nm的二次谐波产生;以硅和LNOI为基底制备了亚微米级的氧化钽脊形波导结构;最后,设计了基于PPLN参量放大器和PP-LNOI波导的THz波产生系统。为进一步制作出高功率,高转换效率,可调谐的,同时具有抗光折变能力的基于PPLN的THz辐射源提供了依据。  本研究工作的具体内容包括:  (1)在Z切铌酸锂基片的+Z面先后进行Ti预扩散、MgO预扩散、富锂气相输运平衡(VTE)等工艺制备近化学计量比(NS)Ti:Mg:LN波导。接着,对样品进行外加电场极化,得到NS Ti:Mg:PPLN条波导。实验表明,本实验工作制备的NS Ti:Mg:PPLN条波导在1064nm向532nm波长倍频过程中达到了101%W-1的波长转换效率,且具有良好的抗光折变性能。通过对腐蚀后波导区域反转畴结构的观察,分析了影响波导性能的主要因素,并改进了极化系统。  (2)通过在硅基二氧化硅表面溅射Ta膜、高温退火的方法制备了硅基氧化钽脊形光波导。利用光纤透镜对脊形波导进行端面耦合,结果显示该波导在1.55μm波段能够单模传输,传输损耗为1.2dB/cm。结合X射线衍射图谱探讨了波导损耗的影响因素。还在LNOI基底上成功制备了氧化钽-LNOI脊形结构。  (3)根据准相位匹配技术基本原理,完成了利用1064nm泵浦光产生1.5μm可调谐输出的PPLN光参量放大器的周期设计;设计了使用波长1.55μm的信号光,产生频率在2.53THz~4.47THz的可调谐THz波输出对应的PPLN极化周期,其范围在22.24~33.91μm;设计了基于PPLN参量放大器和PP-LNOI波导的 THz波产生系统。  本论文的创新点包括:1)首次利用Ti/MgO预扩散、富锂VTE和外加电场极化的方式制备出NS Ti:Mg:PPLN条波导,使波导在常温下具有抗光折变能力,消除了Ti扩散、MgO掺杂两者对制备周期反转畴结构的不利影响。2)在LNOI晶片上制备了脊形波导结构,并设计了用于THz波产生的PP-LNOI复合波导结构,为发展基于PPLN的THz辐射源开拓了新的途径。
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