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集成光学器件在实现高速远距离光通讯、宽带光网络传输、传感器与自动化装置的制造，光学信号处理及光计算中有着重要作用。光波导作为集成光学的基本单元，以其独特的性能、高集成化以及规模生产的低成本，在各种光器件的制造中起着重要的作用。光波导可以把光限制在较小的空间传播以提高光密度，从而能够更好的利用晶体的非线性性能，或者降低激光材料的产生激光的阈值条件。迄今为止，人们已经探索多种方法来制备性能优良的光波导。现在常用的制备波导的方法主要有离子注入、交换、扩散和薄膜沉积等。其中，离子注入作为一种比较成熟的材料表面改性技术，引起了广泛关注。人们已经利用这种技术在包括光学晶体、玻璃、半导体以及有机聚合物在内的大量光学材料中形成了光波导结构，取得了许多重要的研究成果。
在离子注入形成的波导结构中，轻离子（H、He）注入主要是利用在注入离子的射程末端形成一个折射率降低的光学位垒，在光学位垒和空气之间的区域形成波导结构，是典型的位垒型波导。轻离子注入的主要问题是形成波导需要注入剂量较高，一般在～1016 ions/c㎡，注入成本较高。相对于轻离子，高能重离子注入在某些情况下可在注入离子射程内对晶格造成扰动，导致晶体双折射性的部分降低，形成折射率增强势阱型的波导结构。然而重离子注入在另外一些情况下，不能形成明显的折射率增强，只是形成典型的重离子注入位垒型波导。尽管如此，重离子注入时间短，光波导制备成本低，这是一个很大的优势。
条形光波导是光波耦合器、波导调制器、波导开关以及波导激光器等无源和有源器件的基础。探讨离子注入条形光波导的制备不仅是光波导应用研究的基础，还可以拓展核技术在光电子领域中的应用。
钨酸钾钆（KGd（WO4）2，简称KGW）激光晶体是在钨酸钙（CaWO4）晶体上发展起来的一种新型激光材料，KGd（WO4）2晶体中的Gd3+离子可以被稀土离子Nd3+取代，成为性能优良的激光晶体。掺钕的钨酸钾钆晶体，可表示为Nd：KGd（W04）2，简写为Nd：KGW。该晶体的钕掺杂浓度可以很高，达到3—8at％。另外，该晶体又是一种多波长晶体，在0．91μm，1．06μm，1．35μm处均有较好的激光运行。在激光运行方面，与泵浦源的匹配较好，由于其吸收峰普遍较宽，特别在808nm有一较宽的吸收峰。这样无论在闪光灯（氙灯）泵浦条件下还是在激光二极管泵浦（LDP．808nm）条件下，都会得到较好的结果；并且阈值较低，机械以及光性能都很好。另外，Nd：KGW激光晶体在非线性光学、拉曼散射等方面有一定的潜力。因此，其在医疗、通讯、电子、遥感、工业以及科研领域都有较好的前景。
本论文主要做了三个方面的研究工作，总结如下：
（1）我们首次利用500keV的H+离子注入Nd：KGW晶体，实现了平面波导结构。用棱镜耦合的方法在波长633m下测量了波导的暗模特性，并用RCM方法拟合了波导区域的折射率分布；用SRIM2006程序模拟了H+离子的注入过程，并结合波导特性对波导形成机制进行了讨论。我们还研究了退火行为对折射率分布的影响，发现经过退火后模式折射率有所增高。
（2）利用6MeV的C+离子注入Nd：KGW晶体制备平面光波导。通过研究导波模式、近场光强分布、折射率分布、端面形貌和透射谱等，我们惊奇的发现，沿晶体三个轴的表面折射率变成了同一个值，而且沿三个方向上具有相同的暗模个数，与其对应的有效折射率也都相等。根据这些，我们可以断定在C+离子注入后，晶体表面层变为了各向同性。
（3）利用氩离子束刻蚀技术在Nd：KGW平面波导的基础上制备脊形光波导，通过端面耦合测量了脊形光波导的近场光学图像，并用金相显微镜观察其端面形貌。