автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка и исследование метода высокотемпературного протонного обмена для формирования волноводных структур в кристаллах ниобата и танталата лития

На правах рукописи Экз. №

Алкаев Александр Николаевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПРОТОННОГО ОБМЕНА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУР В КРИСТАЛЛАХ НИОБАТА И ТАНТАЛАТА ЛИТИЯ

(05.27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена на кафедре материалов и процессов твердотельной электроники при Московском государственном институте электронной техники

(техническом университете)

Научный руководитель:

профессор, доктор физико-математических наук Официальные оппоненты:

профессор, доктор физико-математических наук доктор технических наук

Ведущая организация: Институт общей и неорганической химии

Защита состоится "" 2004 г.

на заседании диссертационного совета Д.212.134.03 при Московском государственном институте электронной техники (Техническом Университете) по адресу:

124498, Москва, К-498, Зеленоград, МИЭТ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ Автореферат разослан "_"_2004 г.

Федоров В. А.

Шур В. Я.

Гаврилов С. А.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

В настоящее время кристаллы ниобата (ЫМЪО,,) и танталата лития (ОТаОз) являются наиболее используемыми в интегральной оптике материалами благодаря высоким значениям нелинейно-оптических и электрооптических коэффициентов, а также возможности промышленного производства пластин большого диаметра высокого качества. На этих кристаллах в последние годы удалось реализовать различные интегрально-оптические элементы и схемы, такие как переключающие матрицы, анализаторы спектра, СВЧ фазовые и амплитудные модуляторы, датчики физических величин. Высокие нелинейно-оптические свойства данных кристаллов позволили получить волноводные устройства преобразования частоты, такие как генераторы второй гармоники, устройства, осуществляющие суммирование и вычитание частот, параметрические генераторы света. На их основе реализованы излучатели синего и зеленого света, а также перестраиваемые в широком диапазоне волноводные лазеры ИК-излучения. Путем локального включения ионов ряда редкоземельных элементов (Ег, № и др.) в эти кристаллы реализованы волноводные лазерные структуры.

Протонный обмен, наряду с диффузией титана из пленок, является базовым методом формирования оптических волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития. Возможности формирования методами протонного обмена высокопреломляющих световодов в кристаллах ниобата лития, а также волноводов в кристаллах танталата лития без последующей монодоменизации пластин, привлекли огромное внимание технологов и разработчиков интегрально-оптических схем. Данная технология обладает следующими важнейшими достоинствами и преимуществами перед другими методами: процессы проводятся при низких температурах и атмосферном давлении, низкая стоимость и доступность технологического оборудования, простота технологических операций. Однако, несмотря на технологическую простоту метода, протонообменные световоды характеризуются сложным структурно-

фазовым многообразием. Различные фазы впервые были идентифицированы и описаны в работах [1]-[7]. Наибольшее распространение получили а-фазные волноводы, которые обладают наименьшими оптическими потерями и высокими электрооптическими свойствами. Однако, при формировании а-фазных волноводов традиционным методом протонного обмена с последующим отжигом (ОПО метод) в слое первичного протонного замещения из-за протекающих в процессе отжига многочисленных фазовых переходов формируются различные дефекты, вызывающие дополнительное светорассеяние. К тому же, упомянутые фазовые переходы приводят к разрушению доменных границ в домен но-инвертированных структурах. В этой связи актуальным является разработка нового метода формирования волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития, не вызывающего изменений фазового состава кристаллов в процессе формирования волноводов, и комплексное исследование оптических, оптико-физических и структурных свойств получаемых волноводных структур.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование нового метода высокотемпературного протонного обмена. (ВТПО) для формирования волноводных структур в монокристаллах ниобата и танталата лития, а также изучение принципиальных отличий в оптико-физических, оптических и структурных свойствах волноводов, полученных новым ВТПО и стандартным ОПО методами, а также применение технологии ВТПО для создания интегрально-оптических элементов и структур различного применения.

Основные задачи, определяемые целями работы:

• Разработка нового источника протонного обмена.

• Разработка метода восстановления профиля, показателя преломления в двухслойных структурах.

• Разработка технологических процессов изготовления волноводов и интегрально-оптических структур в кристаллах ниобата и танталата лития на основе метода ВТПО.

• Исследование структурных, оптических, квадратичных нелинейно-оптических и фоторефрактивных свойств ВТПО и ОПО

иМЬОз и ЫТаОз волноводов, содержащих различные НхЫ|.хЫЬОз и

Научная новизна

• Предложен, разработан и реализован новый метод ВТПО для формирования волноводных структур в кристаллах ниобата и танталата лития.

• Разработан метод расчета профиля показателя преломления для двухслойной структуры.

• Изучены нелинейно-оптические свойства и эффективность Генерации Второй Гармоники (ГВГ) в протонообменных световодах содержащих различные НДи^МЬОз и НхЫ|.хТаОз фазы. Впервые определены квадратичные нелинейно-оптические коэффициенты в таких структурах.

• Показано, что ВТПО в совокупности с ионообменным замещением медью является эффективным* методом формирования фоторефрактивных волноводов, предназначенных для оптической обработки и записи информации.

• Исследовано влияние технологических параметров на оптические, нелинейно-оптические и фоторефрактивные свойства протонообменных световодов.

Практическая значимость работы

1. Разработан технологический процесс изготовления методом ВТПО интегрально-оптических элементов в кристаллах ниобата и танталата лития.

2. Разработана и внедрена в промышленное производство технология изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента (МИОЭ) для волоконно-оптического гироскопа.

На защиту выносятся следующие положения

1. Новый метод ВТПО для формирования волноводных структур в сегнетоэлектрических кристаллах ниобата и танталата лития.

2. Метод восстановления профиля показателя преломления в двухслойных структурах.

3. Квадратичные нелинейно-оптические свойства протонообменных волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития, содержащих различные фазы.

4. Методы формирования и свойства фоторефрактивных волноводов в кристаллах ниобата лития.

5. Технология формирования МИОЭ для волоконно-оптического гироскопа.

Внедрение результатов работы

Результаты диссертационной работы используются в ООО "Оптолинк" в технологическом процессе изготовления многофункциональных интегрально-оптических элементов для волоконно-оптических гироскопов.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на:

1. Международная конференция "Оптика кристаллов", Мозырь, Беларусь, 26-30 сентября 2000 г.

2. Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения, Дубна, 1-4 Марта 2001 г.

3. 10th European Conference on Integrated Optics, April 4-6, 2001, Paderborn, Germany

4. Восьмая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2001", Москва, 18,19 апреля 2001 г.

5. Всероссийская научно-техническая конференция "Аэрокосмические техника и высокие технологии - 200Г", Пермь, 1214 апреля 2001 г

6. 4th Annual Meeting of the COST Action P2 Applications of Nonlinear Optical Phenomena and Workshop on LiNbO3, May 16-19, 2001, Budapest, Hungary.

7. Девятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2002", Москва, 17,18 апреля 2002 г.

8. SPIE's International Conference "Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing", October 2002, Brugge, Belgium.

9. Simposium and Summer School "Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia", Moscow, September 10-13,2002.

10. 11th European Conference on Integrated Optics, April 2-4, 2003, Prague, Czech Republic.

11. Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2003", Москва, 23,24 апреля 2003 г.

12. 5th Internationla Workshop on Laser and Fiber-Optical Modeling, Alushta, Ukraina, 14-16 сентября 2003 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 29 печатных работ, в том числе: 2 статьи в журнале «Известия ВУЗов, серия Электроника.», 1 статья в журнале "Microelectronics Engineering", 1 статья в "Journal of Applied Physics", 1 статья в журнале "Ferroelectrics", 1 статья в журнале "Applied Physics", 4 статьи в сборнике Proceedings of SPIE, a также в материалах (статьи и тезисы докладов) российских и международных конференций.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 146 страниц машинописного текста, включая 10 таблиц, 38 рисунков и список литературы в количестве 134 наименования.

Содержание диссертации

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы. Рассматриваются недостатки технологии формирования интегрально-оптических устройств традиционным методом отожженного протонного обмена. В связи с этим обоснована необходимость разработки нового метода формирования волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития.

В первой главе рассмотрены основы ионообменной технологии, кратко описаны основные уравнения, описывающие термодинамику и кинетику ионообменных процессов формирования оптических волноводов. Рассмотрены материалы интегральной оптики, такие как полупроводниковые соединения и монокристаллы активных диэлектриков, в том числе наиболее широко используемые кристаллы ниобата и танталата лития. Приведен краткий обзор технологии роста, дефектной структуры и физических свойств (сегнетоэлектрических, структурных, оптических, электрооптических, нелинейно-оптических и фоторефрактивных) сегнетоэлектрических кристаллов ниобата и танталата лития. Подробный обзор свойств монокристаллов LiNbC3 и LiTaO3 представлен в монографии [8].

Представлен обзор методов получения планарных световодов в кристаллах LiNbCb и LiТаОз. Анализ работ по созданию интегрально-оптических элементов и устройств в кристаллах ниобата и танталата лития показал, что ионообменная технология, и прежде всего протонный обмен, не уступают, а по целому ряду требований превосходят традиционную технологию титановой диффузии, обладая значительными преимуществами, такими как простота, низкая температура, высокая интенсивность, большое приращение показателя преломления и возможность использования дополнительных операций (отжига или обратного обмена) для управления свойствами протонообменных волноводов и устройств на их основе.

Вторая глава посвящена описанию методов формирования и исследования ионообменных слоев в кристаллах LiNbC3 и LiТаО3.

В разделе 2.1. представлено описание аппаратурного оформления метода ионного обмена. В работе процесс формирования ионообменных структур (ИОС) проводился в диффузионных печах среднего диапазона температур, оснащенных вентилятором для

устранения температурного градиента, блоком управления температуры печи и терморегулятором ТП-403-10и, связанным с компьютером через последовательный интерфейс К8-232.

Рассмотрены последовательность и особенности необходимых операций дня формирования ионообменных структур в подложках монокристаллов ЫТ^ЬОз и ЫТаОз.

В разделе 2.2. представлен метод двухкристальной рентгеновской дифрактометрии. Деформированное и напряженное состояния в ИОС определялись на основе данных двухкристальной дифрактометрии путем анализа кривых дифракционного отражения (кривых качания), снятых с помощью двухкристального дифрактометра ДРОН-0.5 (излучение Си Ка1 , монохроматор - 81 (333)).

В разделе 2.3. подробно рассмотрен волноводно-оптический метод определения показателей преломления и толщины тонких изотропных и анизотропных пленок, а также определения профиля распределения показателя преломления в градиентных слоях. Для восстановления профилей показателя преломления в ионообменных световодах использовались алгоритмы обратного метода Венцеля-Крамерса-Бриллюэна (IWKB), предложенные в работах [9] и [10]. Профили показателя преломления необыкновенного луча в планарных световодах восстанавливались по значениям эффективных показателей преломления (ЭПП) волноводных мод, которые измерялись методом призменного ввода лазерного излучения в световод. Использовались призмы из фосфида галлия. Измерения проводились на длинах волн 632.8 нм (Не-№ лазер). Углы ввода излучения в планарный световод измерялись с помощью гониометра ГС-5.

В разделе 2.4 рассмотрен используемый в работе наиболее достоверный и высокоэффективный метод измерения эффективности генерации второй гармоники в поверхностных слоях. Метод состоит в регистрации интенсивности отраженной второй гармоники, возникающей при облучении полированного торца волновода фундаментальным лазерным излучением.

В разделе 2.5. приведены методики измерений основных параметров многофункционального интегрально-оптического элемента (МИОЭ), изготовленного по технологии протонного обмена.

Третья глава посвящена разработке нового метода ВТПО для формирования световодов в ниобате и танталате лития.

В разделе 3.1. представлена история ионного обмена в монокристаллах ниобата и танталата лития. Несмотря на аппаратурную простоту технологии протонного обмена, получаемые волноводы характеризуются сложным структурным многообразием. В работах [1]-[7] обнаружены и исследованы семь (а, К], Кг, Рь Р2, Рз и р4) различных кристаллографических фаз Нх1л1.хМЬОз и шесть (а, к, Рь Р2, Рз и Р4) фаз НхЫ(.хТаОз, которые могут быть получены в Н:LiNbО3 и Н:LiТаО3 волноводах, соответственно. Наибольший практический интерес вызывает а-фаза, так как волноводы, содержащие эту фазу, имеют наименьшие оптические потери и обладают максимальными электрооптическими свойствами. Однако, как сообщалось в работах [11]-[15],-Н:1ЛМЬОз волноводы, полученные путем послеобменного отжига характеризуются значительной деградацией нелинейно-оптических свойств.

а-Н.'ЫЫЬОз волноводы мо1ут также быть получены методом так называемого Мягкого Протонного Обмена (МПО) [16] в расплаве бензойной кислоты с добавками бензоата лития. Данный процесс протекает при повышенных температурах (~ 300°С) в замкнутом объеме. а-Н:ЫЫЬОз волноводы полученные методом МПО обладают очень высоким оптическим качеством и полностью сохраняют нелинейно-оптические свойства исходного ниобата лития. Несмотря на то, что а-фазные волноводы изготавливаемые ОПО и МПО методами имеют одинаковые ПП и деформации, существуют некоторые принципиальные различия в основных свойствах волноводов, изготавливаемых по этим двум технологиям. Как представляется, главной причиной различий двух видов волноводов является то, что в отличие от ОПО процесса, МПО характеризуется отсутствием фазовых переходов. Вероятно, фазовые переходы типа протекающие в процессе ОПО

ответственны за повышение светорассеяния в волноводах и некоторое изменение их физических свойств.

Однако, коэффициенты взаимодиффузии протонов и лития даже при 300°С весьма низки, что требует использования больших времен протонного обмена (порядка суток) для формирования одномодовых световодов. Это существенно сдерживает промышленное применение метода МПО.

Для повышения интенсивности МПО в работе предложен метод высокотемпературного протонного обмена. Для формирования оптических волноводов в кристаллах этим методом

мы использовали стеариновую кислоту, как кислоту с самой высокой температурой кипения (374°С) и самым низким давлением пара. В качестве источника протонного обмена в работе предложена и использована смесь стеариновой кислоты и стеарата лития. Таким образом, открываются возможности достаточно быстрого получения волноводов непосредственно прямым протонным обменом, исключив тем самым операцию постобменного отжига.

В разделе 3.2. описан процесс изготовления образцов и приведены методы их исследования.

Протонообменные волноводы формировались на подложках Х- и Z-срезов ниобата и танталата лития. Процессы проводились в замкнутом объеме в специальном автоклаве, что препятствовало деградации расплава со временем. Концентрация используемого расплава выражалась массовым отношением стеарата лития и стеариновой кислоты р=тсл/тск. Установлено, что величина деформации кристаллической решетки на поверхности волновода не зависит от времени обмена, а определяется концентрацией расплава и температурой процесса.

В разделе 3.3 представлены результаты исследований планарных световодов, полученных методом ВТПО. Получены зависимости поверхностной деформации в

волноводах от концентрации и температуры расплава. Для структур, полученных в расплавах Р<Ро, кривые качания показывают наличие двух пиков, соответствующих а и Р| фазам, причем для^фазы пик достаточно острый, следовательно, профиль деформаций в Рсфазе можно рассматривать как ступенчатый. Так как функция от непрерывна в пределах одной фазы, то можно ожидать что ППП в р( фазе также имеет ступенчатый вид. Метод ВКБ применим только для волноводов с непрерывным ППП, однако, волноводы формируемые в расплаве с являются двухслойными и, следовательно, метод ВКБ не может быть использован для восстановления ППП в них.

Тогда дисперсионное уравнение для двухслойного волновода со ступенчатым ППП в Р|-фазе фазе и градиентным профилем в а-фазе фазе может быть записано как:

кк

-И« -¿Р+к - = [т -^ + фа

(3.6)

или:

ккр[п2Р{2)-п$+к^ '¡[п2(2)-п1р& = (т-1)х + фа (3.7)

г> \ 4 У

Разработан алгоритм и программное обеспечения для восстановления 111111 в двухслойной структуре на основе уравнений (3.7).

Представлены температурные зависимости приращения ПП и деформаций от температуры для р| фазы. Установлено, что область существования Р) -фазы расширяется с увеличением температуры обмена.

Четвертая глава посвящена исследованию нелинейно-оптических свойств протонообменных ^ОМЮз и Н:ПГаОз волноводов.

В последнее время зеленый и голубой лазеры находят все большее применение в различных областях науки и техники, и прежде всего в цветной печати, системах записи и считывания информации, медицине. Одним из перспективных направлений является использование генерации второй гармоники в нелинейно-оптических волноводах за счет преобразования лазерного излучения накачки в сигнал удвоенной частоты. Нелинейно-оптический волновод для устройств преобразования частоты должен сохранять нелинейную восприимчивость исходного кристалла, обладать низкими оптическими потерями и высоким значением порога оптических повреждений, а также сохранять сформированную инвертированную доменную структуру кристалла. Почти всем этим требованиям отвечают протонообменные волноводы, получаемые методом ВТПО.

Для получения и оптимизации нелинейно-оптических устройств необходимо определить квадратичные нелинейно-оптические свойства протонообменных волноводов, содержащих различные фазы, а также установить их связь с условиями получения и оптическими свойствами структур. Эти задачи и решены в работе.

В разделе 4.4 представлены результаты измерений генерации второй гармоники в протонзамещенных HiLiNbO3 и H:LiTaO3 волноводах и исследования их нелинейно-оптических свойств.

При исследовании ГВГ в полученных волноводах было установлено, что для волноводов с Р4, Рз и р| фазами на поверхности интенсивность отраженного сигнала второй гармоники в области волновода составляет меньше чем 3% от соответствующей величины зарегистрированной для объемного кристалла. Таким образом, нелинейно-оптический коэффициент в данной волноводной области меньше чем 15% от объемного кристалла.

Для волноводов содержащих Рг-фазу результаты сильно отличаются. На рис.16 показан отраженный нелинейный сигнал от приповерхностной области фазы, интенсивность которого

составляет 30% от объемной величины. При достижении сканирующим лучом подслоя с фазой, отраженный сигнал второй гармоники практически полностью исчезает. Отраженный луч второй гармоники от слоя с Рг фазой (рис.1 в -1) не уступает по качеству отраженному лучу от объемной области (рис.1 в - 2). Полученные результаты указывают на то, что нелинейно-оптический коэффициент с!)з в Р2 фазе составляет 55% от объемной величины кристалла, в отличие от других высококонцентрационных фаз с сильно

уменьшенной нелинейностью.

Для образцов отожженных до К2ЬТ, К|ЬТ , а- НхЬ!|.хЫЬОз и а, к фазы на поверхности, измеренная интенсивность отраженного сигнала второй гармоники сильно уменьшилась после первоначального протонного обмена, а после отжига интенсивность восстановилась и даже увеличилась. Однако видимое увеличение нелинейности сопровождается сильной деградацией качества отраженного сигнала второй гармоники из-за рассеяния света в приповерхностной области, соответствующей первоначальной загонки протонов.

Для образцов с -фазой на поверхности полученных высокотемпературным протонным обменом нет заметного увеличения интенсивности нелинейного сигнала, за счет рассеяния света. Более того, зарегистрированный нелинейный сигнал от волноводной области и от подложки идентичен. Это указывает на полное

сохранение квадратичных нелинейно-оптических свойств в а-фазных волноводах, полученных методом ВТПО.

В разделе 4.6 волноводные структуры, сформированные в электрооптических кристаллах ниобата и танталата лития используются для записи фазовых голограмм на основе явления фоторефракции. На спектральную и общую светочувствительность этого явления влияют примеси имеющие полосы поглощения в области ширины запрещенной зоны.

В разделе 4.6.1 представлены условия получения фоторефрактивных волноводов двумя способами. 1) протонный обмен: варьируется температура и кислотность расплава для получения световодов содержащих различные фазы и проводится последующий отжиг для достижения желаемых волноводных параметров. После этого проводится ионный обмен медь-литий путем обработки в медьсодержащем расплаве. 2) высокотемпературный протонный обмен с одновременной загрузкой источников, как протонов, так и ионов меди.

В разделе 4.6.2 представлены спектры поглощения в видимой и УФ областях, в которых обнаружено появление после медного обмена новой составной полосы. Интенсивность и форма этой полосы различны в волноводах, которые содержали различные HxLi1_xNbO3 фазы до медного обмена.

В разделе 4.6.3 установлено, что величина интегральной интенсивности спектра поглощения медьсодержащего протонзамещенного образца зависит от фазового состава образца до медного обмена. Этот факт указывает на то, что скорость медного обмена зависит от фазового состава световода и для

данной фазы скорость пропорциональна концентрации водорода.

Все протонообменные волноводы легированные и нелегированные медью были использованы для записи фазовых голограмм. Для этого использовалось излучение лазера

мощностью 1,5 мВт, которое вводилось и выводилось из исследуемого волновода с помощью призмы связи. Было установлено, что дифракционная эффективность голограмм в нелегированных протонзамещенных волноводах содержащих не превышает

0.01%, а после легирования достигает 6% в а-фазных протонзамещенных волноводах, полученных путем отжига высоконцентрационных и достигает 1% в

волноводах, полученных методом ВТПО. Таким образом, доказана эффективность ионообменного легирования для улучшения фоторефрактивных свойств протонообменных волноводов.

Пятая глава посвящена разработке технологического процесса изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента для волоконно-оптического гироскопа.

В разделе 5.1 рассмотрен принцип действия, назначение и преимущества волоконно-оптического гироскопа.

В разделе 5.2 рассмотрен многофункциональный интегрально-оптический элемент (МИОЭ) - один из основных элементов волоконно-оптического гироскопа. До настоящего времени интегрально-оптические фазовые модуляторы изготавливались методом диффузии титана в ниобат лития. Однако, Т1:ЫКЪ03 световоды имеют ряд недостатков, которые позволяет избежать стандартная технология отожженного протонного обмена (ОПО). Неизбежным же недостатком ОПО технологии является то, что различные дефекты формируются в приповерхностном слое волноводов благодаря резким изменениям фазового состава этой части волноводов в течение, как протонного обмена, так и послеобменного отжига. В этой связи вызывает определенный интерес новая технология ВТПО, так как процесс ВТПО, проводимый в особых условиях, не вызывает резких изменений фазового состава кристалла.

МИОЭ, полученный по протонообменной технологии, выполняет функции поляризатора, разветвителя и электрооптического фазового модулятора оптического излучения. МИОЭ представляет собой герметичный прибор, соединенный с оптическим блоком ВОГ с помощью сварки волоконных световодов, а с блоком электроники с помощью пайки к электрическим выводам фазовых модуляторов.

В разделе 5.3 представлены условия формирования и результаты исследований канальных волноводов.

Так как большинство интегрально-оптических устройств работают в одномодовом режиме, то необходимо было определить технологические параметры производства и оптимальную топологию одномодовых канальных волноводов, а так же провести детальное исследование полученных волноводов.

На рис.2 представлена зависимость ширины канальных волноводов, поддерживающих распространение фундаментальной моды, от концентрации стеарата лития Ссл в расплаве и времени протонного обмена. Согласно этим данным при меньших концентрациях стеарата лития Ссл в пределах установленного диапазона достигается лучшее сосредоточение моды в волноводах от 3.4 до 4.4 мкм при соответствующем выборе времени протонного обмена для каждой определенной величины С^. Данный интервал ширин канальных волноводов соответствует приемлемому уровню согласования фундаментальной моды канального волновода со стыковочным волокном. Важно отметить, что используемый термин "ширина волновода" означает ширину окна в защитной маске. Конечно, реальная ширина канального волновода, полученного через данную маску, зависит от параметров диффузии.

Для количественного описания изменений волноводных свойств использовали стыковку "волокно в волокно". Было установлено, что минимум оптических потерь для данной интегрально-оптической схемы лежит в интервале ширин волноводов от 3.4 до 4.4 мкм при соответствующем оптимальном времени протонного обмена. Оптимальное время протонного обмена <:0 и минимум оптических потерь амин зависят от концентрации стеарата лития Ссл. Хотя зависимость оптимального времени <:0 от Ссл носит монотонный характер, т.е. при меньших концентрациях Ссл требуется короткое время процесса, но наименьшие оптические потери наблюдаются при концентрациях стеарата лития Ссл, 0.75-0.78 %. Так как при использовании концентрации Ссл большей чем 0.78% резко уменьшается показатель преломления на поверхности, то поэтому требуется более длительное время протонного обмена ч.-

Наблюдаемый рост оптических потерь связан с тем что, волновод становится менее локализован и размер волноводной моды больше, чем размер моды в волокне. Рост оптических потерь с уменьшением Ссл<0.75% становится более удивительным, хотя сосредоточение волноводной моды при этом лучше и исключается модовое несоответствие волокна и волновода. Однако сравнительный анализ канальных волноводов различной длины 10 и 20 мм показал очень высокий уровень оптических потерь в волноводах

полученных с концентрацией стеарата лития Ссл

Аномальный рост оптических потерь связан с выявленными

неоднородностями фазового состава, которые возникают при обработке образцов в расплаве стеариновой кислоты с концентрацией стеарата лития Ссл < 0.75 %. На основе данных полученных с помощью спектроскопии ИК-отражения мы можем предположить существование в приповерхностной области a-фазного волновода очень тонкого слоя к - фазы (0.4 мкм), который невозможно определить методом двухкристальной рентгеновской дифрактометрии. Широко известно, что к^фазные волноводы обладают чрезвычайно высокими оптическими потерями и сильной неоднородностью по составу волноводов.

В разделе 5.4 представлены характеристики отдельных элементов и полученного гироскопа.

После изготовления Y-разветвителя и создания электродов производилась резка подложки (под углом 10 градусов к Z оси) и полировка торцов, а затем осуществлялась его стыковка с одиомодовыми оптическими волокнами. Для прецизионной стыковки использовался наноробот EXFO Freedom-3000. При этом вход Y-разветвителя стыковался с изотропным волокном, а оба выхода - с волокном, поддерживающим состояние поляризации (PANDA). На заключительном этапе выполнялась разварка электрических выводов и упаковка МИОЭ в прочный герметичный корпус.

Основные параметры разработанных и произведенных по предложенной технологии в компании «Оптолинк» МИОЭ на длине волны 830+30 нм:

избыточные потери (деполяризованный свет)

Чувствительность волоконно-оптического гироскопа к вращению зависит от диаметра катушки, числа витков, длины и типа волокна, и метода намотки. В нашем случае используется одномодовое волокно, сохраняющее состояние поляризации, с большим двулучепреломлением. В настоящее время уровень технологии изготовления волокна в компании "Оптолинк" позволяет получать волокна со следующими характеристиками:

-затухание, а 3+4 дБ/км;

< 7дБ;

- коэффициент поляризационной экстинкции

- коэффициент деления

- фазовая чувствительность каждого модулятора

>60 дБ; 0,5± 0,05; > 1 рад/В.

- длина биения, Ьр <2.5 мм;

- коэффициент перекрестной поляризационной связи, 11 <1051/м;

- наружный диаметр, d <80 мкм. В качестве оптического блока ВОГ используют источник света

ИЛПН-330-4. Все детали ИЛПН-330-4 размещены в стандартном герметичном корпусе. В качестве приемника излучения используется фотодиод на основе кремниевой p-i-n структуры. Использование выше упомянутых элементов позволило создать ВОГ со следующими параметрами:

Случайная составляющая нулевого сигнала, За < 0.1 град/час;

- Спектральная плотность мощности шума < 0.005 градДчас)"2;

Погрешность масштабного коэффициента

<0.01 %.

Следует отметить, что достигнутые параметры соответствуют современному уровню требований, предъявляемых к гироскопам [17].

Рис.1. Зависимости: а) показателя преломления и б) интенсивностей отраженного сигнала ВГ и ИК сигнала накачки от глубины волновода для образца БЗ с Р2 -НхЫ|.х>1Ь0з фазой на поверхности волновода, в) Фотографии отраженного луча ВГ (1) в протонообменной волноводной области и (2) в объеме кристалла.

*

Время протонного обмена, 1 (час)

Рис.2. Зависимость параметров волноводов от времени протонного обмена. А, В и С области существования одномодового режима канальных волноводов, полученных при, различных концентрациях стеарата лития Ссл = 0.85, 0.75 и 0.7 %. 1 и 3 экспериментальные зависимости отсечки одномодового режима от ширины волноводов и времени протонного обмена при Ссл = 0.85 и 0.75 %. 2 и 4 экспериментальные зависимости отсечки двухмодового режима от ширины волноводов и времени протонного обмена при СЛС = 0.75 и 0.7 %. Пунктирной линией показана область волноводов не поддерживающих распространение фундаментальной моды, полученных при СЬ8 = 0.85 % и времени протонного обмена 1<4.5.

Основные результаты и выводы:

1. Разработан новый метод формирования волноводных структур в кристаллах ниобата и танталата лития-высокотемпературный протонный обмен. Разработан новый источник протонного обмена. Исследован и оптимизирован технологический процесс изготовления волноводов полностью сохраняющих нелинейно-оптические и электрооптические свойства исходных материалов.

2. Предложен метод для расчета ППП для двухслойной структуры.

3. Проведены систематические исследования нелинейно-оптических свойств различных фаз

Получены зависимости показателя преломления и интенсивности отраженного сигнала второй гармоники от глубины протонообменного волновода.

4. Определены нелинейно-оптические коэффициенты в различных фазах. Установлено, что только фаза р2-НхУ|. хЫЬОз, полученная црямым протонным обменом и фазы а-

и полученные новым методом

ВТПО нелинейно активны, а остальные фазы К|, к2, рь Рз и р4-Нх1Л|.хЫЮз и к, рь р2, Рз и р4-НхЫьхТаОз нелинейно неактивны. Определены взаимозависимости технологических параметров производства волноводов, фазового состава и нелинейно-оптических свойств световодов.

5. Показана возможность получения фоторефрактивных волноводов в кристаллах ниобата лития методом ВТПО в совокупности с ионообменным замещением медью, что является эффективным методом формирования фоторефрактивных волноводов, предназначенных для оптической обработки и записи информации.

6. Из спектров поглощения в видимой и УФ областях обнаружено появление после медного обмена новой составной полосы. Интенсивность и форма этой полосы различны в волноводах, которые содержали различные фазы

до медного обмена. Установлено, что скорость медного обмена зависит от фазового состава HxLi].xNbOj световода и для данной фазы скорость пропорциональна концентрации водорода.

7. Разработан процесс изготовления МИОЭ методом ВТПО для волоконно-оптического гироскопа. Предложенный процесс обладает значительными преимуществами перед традиционными методами, а именно, позволяет снизить количество и время технологических операций, уменьшить оптические потери.

8. Определена оптимальная ширина канального световода. Исследованы свойства полученных канальных волноводов при анализе модовой картины волновода и измерены потери волокна в волокно. Исследовано влияние концентрации стеарата лития на свойства канальных волноводов. Определены оптимальные технологические параметры производства МИОЭ.

Список работ опубликованных по теме диссертации:

1. Ю.Н.Коркишко, В.А.Федоров, Т.ВМорозова, А.Н.Алкаев, Ф.Лаурелл. Нелинейно-оптические свойства протонообменных световодов в кристаллах танталата лития. // Тезисы докладов Третья Международная научно-техническая конференция "Электроника и информатика-ХХ1век". Москва, 22-24 ноября 2000г.,стр.161-162.

2. А.Н.Алкаев. Исследование структурных свойств протонообменных волноводов в кристаллах ЫТаОз // Тезисы докладов Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения, Дубна, 1-4 Марта 2001 г.

3. Yu.N.Korkishko, V.A. Fedorov, A.N. Alkaev, F.Laurell. Second order optical nonlinearity of proton exchanged lithium tantalate waveguides. // in Proc. 10th European Conference on Integrated Optics. April 4-6, 2001, Paderborn, Germany, paper ThPol7, pp.329-332.

4. Yu.N.Korkishko, V.A. Fedorov, A.N. Alkaev. ШаОз optical waveguide fabrication by high-temperature proton-exchange // in Proc. 10th European Conference on Integrated Optics, April 4-6, 2001, Paderborn, Germany, paper ThPo28, pp.373-376.

5. Коркишко Ю.Н., Федоров В.А., Алкаев А.Н., Морозова Т.В., Падерин Е.М. Высокотемпературный протонный обмен -новый метод изготовления интегрально-оптических модуляторов в кристаллах ниобата лития // Тезисы докладов Всероссийской_научно-технической_конферениии

"Аэрокосмические техника и высокие технологии - 2001". Пермь, 12-14 апреля 2001 г., стр. 151.

6. А.Н.Алкаев. Формирование и исследование волноводных слоев в кристаллах ЫТаОз // Тезисы докладов Восьмая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-200Г\ Москва. 18,19 апреля 2001 г., стр.36.

7. Yu.N.Korkishko, V.A. Fedorov, F.Laurell, A.N. Alkaev, T.V. Morozova. Second order optical nonlinearity of proton exchanged LiNbO3 and LiТаОз waveguides. // in Abstracts 4th Annual Meeting of the COST Action P2 Applications ofNonlinear Optical Phenomena and Workshop on LiNbO, May 16-19, 2001, Budapest, Hungary, paper PH. 10.

8. Yu.N.Korkishko, V.A. Fedorov, A.N. Alkaev, F.Laurell. Second order optical non-linearity of proton exchanged lithium tantalate waveguides. // Applied Physics. В 73,519-522 (2001).

9. S.M.Kostritskii, Yu.N.Korkishko, V.A. Fedorov, A.N. Alkaev. Phase dependence of holographic sensitivity of photorefractive Cu:H:LiNbO3 waveguides, //in Proc. SPIE: "Optics of Crystals".2001.Vol.4358. p.88-96.

10. Yu.N.Korkishko, V.A. Fedorov, S.M.Kostritskii, E.A Baranov, A.N. Alkaev T.V Morozova,, F.Laurell. Proton exchanged LiNbC>3 optical waveguids: nonlinear, electrooptical and photorefractiv properties. // in Ferroelectrics. 2001. vol.264, pp. 325-330.

11. A.H. Алкаев. Фоторефрактивные волноводы С^Н^^Оз/Дезисы докладов Девятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2002". Москва, 17,18 апреля 2002 г., стр.24.

12. Yu.N.Korkishko, V.A. Fedorov, S.M.Kostritskii, A.N.Alkaev, E.I.Maslennikov, E.M.Paderin, D.V.Apraksin, F. Laurell. Proton exchanged LiNbO3 and LiTаОз optical waveguides and integrated optic devices //in Abstract book Symposium and Summer School "Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia'. Moscow, September 10-13, 2002, pp.161-162.

13. S.M.Kostritskii, Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, V.S.Kritzak, A.N.Alkaev, P.Moretti, S.Tascu, B.Jacquier. Leakage of guided mode caused by static and light-induced inhomogeneities in channel HTPE-LiNbO3 waveguides // in Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing, G.C. Righini, Editor, Proc. SPIE. 2002, v.4944, pp. [4944-43]

14. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, S.M.Kostritskii, A.N.Alkaev, E.M. Paderin, E.I.Maslennikov, D.V.Apraksin. Multifunctional integrated optical chip for fiber optical gyroscope fabricated by high temperature proton exchange // in Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing, G.C. Righini, Editor, Proc. SPIE, 2002, v.4944, pp. [4944-32].

15. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, S.M.Kostritskii, A.N.Alkaev, E.I.Maslennikov, F.Laurell. Nonlinear optical properties of different types of proton exchanged LiNbO3 and LiТаОз waveguides //in Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing, G.C. Righini, Editor, Proc. SPIE. 2002, v.4944, pp. [494433].

16. Коркишко Ю.Н., Федоров В.А., Кострицкий СМ., Падерин Е.М., Алкаев А.Н., Масленников Е.И., Апраксин Д.В. Многофункциональный интегрально-оптический элемент на кристалле ниобата лития // Тезисы докладов IV

Международной_научно-технической_конферениии

"Электроника и информатика-2002". Москва, Зеленоград, 1921 ноября 2002, Часть 2, с.245.

17. Коркишко Ю.Н., Федоров В А, Кострицкий СМ., Масленников Е.И., Алкаев А.Н., Фролова М.В. Особенности протонного обмена в кристаллах ниобата лития, легированных магнием // Тезисы докладов IV Международной научно-технической конферениии "Электроника и информатика-2002". Москва, Зеленоград, 19-21 ноября 2002, Часть 1, с.235.

18. Прилуцкий В.Е., Пономарев В.Г., Губанов А.Г., Коркишко Ю.Н., Федоров В.А., Кострицкий СМ., Падерин Е.М., Алкаев А.Н. Волоконно-оптический гироскоп с цифровым выходом // Тезисы докладов IV Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика-2002". Москва, Зеленоград, 19-21 ноября 2002, Часть 2, с. 129-130

19. Ю.Н.Коркишко, В.А. Федоров, С/М. Кострицкий,

E.И.Масленников, А.НАлкаев, М.В.Фролова, Ч. Сада, Н.Аргиолас, М.Баззан, Протонный обмен в кристаллах ниобата лития, легированных магнием, "Известия вузов. Электроника", 2003, N2, с.8-18.

20. S.M.Kostritskii, Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, A.N.Alkaev, V.S.Kritzak, P.Moretti, S.Tascu, B.Jacquier. Characterization of static and photorefractive scattering in channel LiNbO3 waveguides fabricated by novel high temperature proton exchange technique // in Proc. 11th European Conference on Integrated Optics, April 24,2003, Prague, Czech Republic, paper ThPo6, pp.217-220.

21. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, S.M.Kostritskii, E.I.Maslennikov, M.V.Frolova, A.N.Alkaev. Optical and structural properties of proton exchanged MgO:LiNbO3 waveguides // in Proc. 1 Ith European Conference on Integrated Optics. April 2-4, 2003, Prague, Czech Republic, paper ThPoH, pp.245-248.

22. V.A.Fedorov, Yu.N.Korkishko, A.N.Alkaev, E.I.Maslennikov,

F.Laurell. Recovery of second order optical nonlinearity in H:LiNbO3 waveguides by reverse proton exchange // in Proc. 11th European Conference on Integrated Optics. April 2-4, 2003, Prague, Czech Republic, paper FrA3.2, pp.385-388.

23. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, S.M.Kostritskii, E.I.Maslennikov, M.V.Frolova, A.N.Alkaev С Sada, N. Argiolas, M. Bazzan, Proton-exchanged waveguides in MgO-doped LiNbCb: Optical and Structural Properties, J.Appl.Phvs., v.94, N3,2003

24. А.Н.Алкаев. Многофункциональный интегрально-оптический элемент для волоконно-оптического гироскопа // Тезисы докладов Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2003", Москва, 23,24 апреля 2003 г., стр.137.

25. Yu. N. Korkishko, V. A. Fedorov, S. M. Kostritskii, A. N. Alkaev, E. I. Maslennikov, E. M. Paderin, D. V. Apraksin and F. Laurell, Proton exchanged LiNbO3 and LiTaO3 optical waveguides and integrated optic devices, Microelectronic Engineering. V. 69. N 24, pp. 228-236

26. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, S.M. Kostritskii, A.N.Alkaev, E.M.Paderin, E.I. Maslennikov, V.S.Kritzak, D.V. Apraksin, LiNbO3 integrated optical chip for fiber optical gyroscope fabricated by high temperature proton exchange, Proc. 5th International Workshop on Laser & Fiber-Optical Networks Modelling, Alushta, Ukraine, p.275-277,2003.

27. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, S.M. Kostritskii, A.N.Alkaev, E.I. Maslennikov, Second Order Optical Nonlinearity of Proton Exchanged Lithium Niobate and Lithium Tantalate Waveguides, Proc. 5th International Workshop on Laser & Fiber-Optical Networks Modelling, Alushta, Ukraine, p. 100-102, 2003.

28. Ю.Н. Коркишко, В.А Федоров, С.М. Кострицкий, Д.В.Апраксин, А.Н.Алкаев, Ф.Каккавале, Кинетика образования а-фазных протонообменных световодов в кристаллах ниобата лития, Известия вузов. Серия Электроника. 2003, № 4, с.20-26.

29. А.Н.Алкаев Свойства а-фазных протонообменных слоев в кристаллах LiNbOj и ЫТаОз // Тезисы докладов Одиннадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2004'\ Москва. 21-23 апреля 2004 г., стр. 151.

Литература:

1. Yu.N.Korkishko and V.A.Fedorov, "Structural phase diagram of HxLi1-xNbO3 waveguides: the correlation between optical and structural properties", IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron., vol.2, pp.187-196,1996.

2. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, M.P.De Micheli, P.Baldi, K.E1 Hadi, and A.Leycuras, "Relationships between structural and optical properties of proton-exchanged waveguides on Z-cut lithium niobate", Appl. Opt, vol.35, pp.7056-7060, 1996.

3. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, and S.M.Kostritskii, "Optical and X-ray characterization of HxLi1-xNbO3 phases generated in proton exchanged LiNbO3 optical waveguides", J.Appl.Phys., vol.84, pp.2411-2419, 1998.

4. Yu.N. Korkishko and V.A.Fedorov, "Relationship between refractive indices and hydrogen concentration in proton-exchanged LiNbO3 waveguides", J.Appl.Phys., vol.82, pp.1010-1017,1997.

5. V.A.Fedorov and Yu.N.Korkishko, "Crystal structure and optical properties of proton-exchanged LiTaO3 waveguides", Ferroelectrics, 1994, v.160, № 1-4, pp. 185-208.

6. K.E1 Hadi, P.Baldi, S.Nouh, and M.P.De Micheli, A.Leycuras, V.A.Fedorov, and Yu.N.Korkishko, "Control of proton exchange for LiTaO3 waveguides and crystal structure of HxLi1-xTaO3 ", Optics Lett., 1995, v.21, № 16, pp.223-225.

7. D.B.Maring, R.F.Tavlykaev, R.V.Ramaswamy, Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, and J.M.Zavada, " Effect of crystal phases on refractive index profiles of annealed proton-exchanged waveguides in X-cut LiTaO3", Appl.Phys.Lett., 1998, v.73, № 7, pp.423-425.

8. Korkishko Yu.N., Fedorov V.A. Ion Exchange in Single Crystals for Integrated Optics and Optoelectronics // Cambridge International Sci. Publ. -1999. - P. 97 - 269.

9. White J.M., Heidrich P.F. Optical Waveguide Refractive Index Profiles Determined from Measurement of Mode Indices: a Simple Analysis //Appl.Optics, 1976, v. 15, N1, pp. 151-155.

10. Chiang K.S. Construction of refractive index profiles of planar dielectric waveguides from the distribution of effective indices. // J.Lightwave Techn., 1985, v.3, N2, pp.385-391.

11. Bortz M.L., Eyres L.A., Fejer M.M. Depth profiling of d33 nonlinear coefficient in annealed proton exchanged LiNbO3 waveguides // Appl. Phys. Lett. -1993. - Vol. 62. - P. 2012 - 2014.

12. K.El.Hadi, M.Sundheimer, P.Aschieri et al. Quasi-phase-matched parametric interactions in proton-exchanged lithium niobate waveguides // J. Opt. Soc. Am. B. - 1997. - Vol. 14. - P. 3197 -3203.

13. P.Bald, M.P.De Micheli, K.El.Hadi et al . Proton exchanged waveguides in LiNbO3 and LiTaO3 for integrated lasers and nolinear frequency converters // Opt.Eng. - 1998. - Vol. 37. - P. 1193-1202.

14. Korkishko Yu.N., Fedorov V.A., Laurell F. Second order optical nonlinearity of different phases in proton exchanged LiNbO3 waveguides // Proc. 9th Europ. Conf. on Integrated Optics (Torino, Italy, 1999 April 13 - April 16) - P. 127 - 130.

15. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, F.Laurell The nonlinear optical properties of different phases in proton exchanged lithium niobate waveguides // accepted for publication in IEEE J.Sel.Topics Quantum Electron.

16. Highly efficient integrated optical parametric generator produced by Soft Proton Exchange in PPLN / L.Chanvillard, P.Aschieri, P.Baldi et al. // Proc. 9th Europ. Conf. on Integrated Optics (Torino, Italy, 1999 April 13 -April 16) - P. 513 - 516.

17. H. Lefevre, "The Fiber - Optic Gyroscope", Artech House, 1993.

Подписано в печать_

Зак. № 58 Тираж 100 экз. I

Формат 60x84 1/16 Объем 1,4

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ i

124498, Москва, МИЭТ

Общая характеристика работы

Введение

Список сокращений

Глава 1. Процессы ионного обмена - история, основы, перспективы

1.1. История ионного обмена

1.2. Основы ионообменной технологии

1.3. Оптические волноводы

1.4. Базовые материалы интегральной оптики

1.5. Оптические свойства сегнетоэлектрических кристаллов LiNb03 и 1.5.1. Оптическое пропускание

1.5.2. Диэлектрические свойства

1.5.3. Показатели преломления

1.5.4. Электрооптические свойства

1.5.5. Нелинейно-оптические свойства

1.5.6. Фоторефрактивный эффект

1.6. Основные физические свойства сегнетоэлектрических кристаллов LiNb03 и LiTa

1.6.1. Рост монокристаллов LiNb03 и LiTa 1.6.2. Дефектная структура LiNb

1.6.3. Сегнетоэлектрические свойства

1.6.4. Кристаллическая структура

1.7. Методы формирования волноводов в кристаллах ниобатаи танталата лития

1.7.1. Аутдиффузионные волноводы

1.7.2. Титан-диффузионные волноводы 46 Выводы по 1-ой главе

Глава 2. Формирование ионообменных слоев в кристаллах LiNb и LiTa03 и методы их исследования

2.1. Технология получения и оборудование для формирования ионообменных световодов

2.2. Метод двухкристальной рентгеновской дифрактометрии

2.3. Волноводно-оптический метод 58 2.3.1. Восстановление профилей показателя преломления в волноводных поверхностных слоях

2.4. Измерения нелинейно-оптических свойств

2.5. Методики измерений основных параметров многофункционального интегрально-оптического элемента (МИОЭ), изготовленного по технологии протонного обмена

Выводы по 2-ой главе

Глава 3. Разработка нового метода ВТПО для формирования световодов в ниобате и танталате лития

3.1. Ионообменные световоды

3.2. Изготовление и исследование протонообменных световодов

3.3. Результаты исследований 87 Выводы по 3-ей главе

Глава 4. Нелинейно-оптические свойства протонообменных H:LiNb и H:LiTa03 волноводов

4.1. Реализация источников излучения на канальных волноводах за счет нелинейных преобразований

4.2. Преимущества протонообменных волноводов для нелинейнооптических устройств

4.3. Исследования, проведенные различными учеными, нелинейно-оптических свойств протонообменных волноводов

4.4. Получение и исследование световодов в кристаллах LiNb03 и

4.5. Генерация второй гармоники в H:LiNb03 и H:LiTa03 волноводах

4.6. Фоторефрактивные волноводы Cu:H:LiNb03 114 4.6.1. Получение и исследование Cu:H:LiNb03 волноводов

4.6.2. Изменение оптических спектров НДл^МЮз волноводов,

4 обусловленное ионообменным легированием ионами меди

4.6.3. Изменение фазового состава протонообменных волноводов после легирования медью

Выводы по 4-ой главе

Глава 5. Многофункциональный интегрально-оптический элемент, полученный высокотемпературным протонным обменом, для волоконно-оптического гироскопа

5.1. Назначение и принцип действия волоконно-оптического гироскопа

5.2. Многофункциональный интегрально-оптический элемент

5.3. Формирование и исследование канальных HxLi^NbCb волноводов 127 ^ 5.4. Технические характеристики отдельных элементов и гироскопа в целом

Выводы по 5-ой главе

Заключения и основные выводы

Актуальность работы: В настоящее время кристаллы ниобата (LiNbC^) и танталата лития (LiTa03) являются наиболее используемыми в интегральной оптике благодаря высоким значениям нелинейно-оптических и электрооптических коэффициентов, а также возможности промышленного роста кристаллов и производства пластин высокого качества. На этих кристаллах в последние годы удалось реализовать различные интегрально-оптические элементы и схемы, такие как переключающие матрицы, анализаторы спектра, СВЧ фазовые и амплитудные модуляторы, датчики физических величин. Высокие нелинейно-оптические свойства данных кристаллов позволили получить волноводные устройства преобразования частоты, такие как генераторы второй гармоники, устройства, осуществляющие суммирование и вычитание частот, параметрические генераторы света. На их основе реализованы излучатели синего и зеленого света, а также перестраиваемые в широком диапазоне волноводные лазеры ИК-излучения. Путем локального включения ионов ряда редкоземельных элементов (Er, Nd и др.) в эти кристаллы реализованы волноводные лазерные структуры.

Протонный обмен, наряду с диффузией титана из пленок, является базовым методом формирования оптических волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития. Возможности формирования методами протонного обмена высокопреломляющих световодов в кристаллах ниобата лития, а также волноводов в кристаллах танталата лития без последующей монодоменизации пластин, привлекли огромное внимание технологов и разработчиков интегрально-оптических схем. Данная технология обладает следующими важнейшими достоинствами и преимуществами перед другими методами: процессы проводятся при низких температурах и атмосферном давлении, низкая стоимость и доступность технологического оборудования, простота технологических операций. Однако, протонообменные световоды характеризуются сложным структурно-фазовым многообразием. Различные фазы впервые были идентифицированы и описаны в работах [89]-[95]. Наибольшее распространение получили а-фазные волноводы, которые обладают наименьшими оптическими потерями и высокими электрооптическими свойствами. Однако, при формировании а-фазных волноводов традиционным методом протонного обмена с последующим отжигом (ОНО метод) в слое первичного протонного замещения из-за протекающих в процессе отжига многочисленных фазовых переходов формируются различные дефекты, вызывающие дополнительное светорассеяние. К тому же, упомянутые фазовые переходы приводят к разрушению доменных границ в доменно-инвертированных структурах. В этой связи актуальным является разработка нового метода формирования волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития, не вызывающего изменений фазового состава кристаллов в процессе формирования волноводов, и комплексное исследование оптических, оптико-физических и структурных свойств получаемых волноводных структур.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование нового метода высокотемпературного протонного обмена (ВТПО) для формирования волноводных структур в сегнетоэлектрических кристаллах ниобата и танталата лития, изучение принципиальных отличий в оптико-физических, оптических и структурных свойствах волноводов, полученных новым ВТПО и стандартным ОПО методами, и использование ВТПО волноводов для интегрально-оптических элементов и структур различного применения.

Основн! 1С задачи, определяемые целями работы:

• Выбор нового источника протонного обмена.

• Разработка метода восстановления профиля показателя преломления в двухслойных структурах.

• Исследование структурных, оптических, квадратичных нелинейно-оптических и фоторефрактивных свойств ВТПО и ОПО LiNb03 и LiTa03 волноводов, содержащих различные HxLii.xNb03 и HxLii.xTa03 фазы.

Научная новизна диссертационной работы: • Предложен, разработан и исследован новый метод ВТПО для формирования волноводных структур в кристаллах ниобата и танталата лития.

• Разработан метод расчета профиля показателя преломления для двухслойной структуры.

• Исследовано влияние технологических параметров на оптические, нелинейнооптические и фоторефрактивные свойства протонообменных световодов.

• Изучены нелинейно-оптические свойства и эффективность Генерации Второй Гармоники (ГВГ) в протонообменных световодах, содержащих различные HxLi|.xNb03 и HxLiixTa03 фазы. Впервые определены квадратичные нелинейно-оптические коэффициенты в таких структурах.

• Показано, что ВТПО в совокупности с ионообменным замещением медью является эффективным методом формирования фоторефрактивных волноводов, предназначенных для оптической обработки и записи информации.

Практическая ценность результатов работы состоит в следующем:

1. Разработан технологический процесс изготовления методом ВТПО интегрально-оптических элементов в кристаллах ниобата и танталата лития.

2. Разработана и внедрена в промышленное производство технология изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента (МИОЭ) для волоконно-оптического гироскопа.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Разработка нового метода ВТПО для формирования волнововодных структур в сегнетоэлектрических кристаллах ниобата и танталата лития.

2. Метод восстановления профиля показателя преломления в двухслойных структурах.

3. Квадратичные нелинейно-оптические свойства протонообменных волноводов в кристаллах ниобата и танталата лития, содержащих различные фазы.

4. Методы формирования и свойства фоторефрактивных волноводов в кристаллах ниобата лития.

5. Технология формирования МИОЭ для волоконно-оптического гироскопа.

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы докладовались на следующих конференциях:

1. Международная конференция "Оптика кристаллов", Мозырь, Беларусь, 26-30 сентября 2000 г.

2. Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения, Дубна, 1-4 Марта 2001 г.

3. 10th European Conference on Integrated Optics, April 4-6, 2001, Paderborn, Germany

4. Восьмая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2001", Москва, 18,19 апреля 2001 г.

5. Всероссийская научно-техническая конференция "Аэрокосмические техника и высокие технологии - 2001", Пермь, 12-14 апреля 2001 г

6. 4th Annual Meeting of the COST Action P2 Applications of Nonlinear Optical Phenomena and Workshop on LiNb03, May 16-19, 2001, Budapest, Hungary.

7. Девятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2002", Москва, 17,18 апреля 2002 г.

8. SPIE's International Conference "Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing", October 2002, Brugge, Belgium.

9. Simposium and Summer School "Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia", Moscow, September 10-13, 2002.

10. 11th European Conference on Integrated Optics, April 2-4, 2003, Prague, Czech Republic.

11. Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2003", Москва, 23,24 апреля 2003 г.

12. 5th International Workshop on Laser and Fiber-Optical Modeling, Alushta, Ukraina, 14-16 сентября 2003 г.

Публикации. Ilo теме диссертации опубликовано 29 печатных работ, в том числе: 2 статьи в журнале «Известия ВУЗов, серия Электроника.», 1 статья в журнале "Microelectronics Engineering", 1 статья в "Journal of Applied Physics", 1 статья в журнале "Ferroelectrics", 1 статья в журнале "Applied Physics", 4 статьи в сборнике Proceedings of SPIE, а также в материалах (статьи и тезисы докладов) российских и международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 146 страниц машинописного текста, включая 10 таблиц, 38 рисунков и список литературы в колличестве 134 наименований.

Выводы по 5-ой главе:

Щ1 1. Разработан процесс изготовления МИОЭ методом ВТПО для волоконно-оптического гироскопа. Предложенный процесс обладает значительными преимуществами перед традиционными методами, а именно, позволяет снизить количество и время технологических операций, уменьшить оптические потери.

2. Определена оптимальная ширина канального световода. Исследованы свойства полученных канальных волноводов при анализе модовой картины волновода и измерены потери волокна в волокно. Исследовано влияние концентрации стеарата лития на свойства канальных волноводов. Определены оптимальные технологические параметры щ производства МИОЭ.

3. МИОЭ, полученный по новой технологии, дает возможность повысить точность и улучшить температурную стабильность волоконно-оптических гироскопов.

Заключения и основные выводы:

Разработан новый метод формирования волноводных структур в кристаллах ниобата и танталата лития - высокотемпературный протонный обмен. Разработан новый источник протонного обмена. Исследован и оптимизирован технологический процесс изготовления волноводов полностью сохраняющих нелинейно-оптические и электрооптические свойства исходных материалов.

Предложен метод для расчета ППП для двухслойной структуры. Проведены систематические исследования нелинейно-оптических свойств различных фаз HxLii.xNb03 и НДл^ТаОз. Получены зависимости показателя преломления и интенсивности отраженного сигнала второй гармоники от глубины протонообменного волновода.

Определены нелинейно-оптические коэффициенты в различных фазах. Установлено, что только фаза /32-HxLi1.xNb03, полученная прямым протонным обменом и фазы a-HxLiixNb03 и a-HxLii.xTa03, полученные новым методом ВТПО нелинейно активны, а остальные фазы кь к2, /Зь /З3 и j84-HxLii.xNb03 и к, /?!, /32, /З3 и j34-HxLii.xTa03 нелинейно неактивны. Определены взаимозависимости технологических параметров производства волноводов, фазового состава и нелинейно-оптических свойств HxLii.xNb03 и HxLiixTa03 световодов.

Показана возможность получения фоторефрактивных волноводов в кристаллах ниобата лития методом ВТПО в совокупности с ионообменным замещением медью, что является эффективным методом формирования фоторефрактивных волноводов, предназначенных для оптической обработки и записи информации.

Из спектров поглощения в видимой и УФ областях обнаружено появление после медного обмена новой составной полосы. Интенсивность и форма этой полосы различны в волноводах, которые содержали различные НДл^МЮз фазы до медного обмена. Установлено, что скорость медного обмена зависит от фазового состава HxLiixNb03 световода и для данной фазы скорость пропорциональна концентрации водорода.

7. Разработан процесс изготовления МИОЭ методом ВТПО для волоконно-оптического гироскопа. Предложенный процесс обладает значительными преимуществами перед традиционными методами, а именно, позволяет снизить количество и время технологических операций, уменьшить оптические потери.

8. Определена оптимальная ширина канального световода. Исследованы свойства полученных канальных волноводов при анализе модовой картины волновода и измерены потери волокна в волокно. Исследовано влияние концентрации стеарата лития на свойства канальных волноводов. Определены оптимальные технологические параметры производства МИОЭ.

1. Righini G.C. 1.n exchange process for glass waveguide fabrication // in Glass Integrated Optics and Optical Fiber Devices, Proc.SPIE, 1994b, v.CR53, p.3-24.

2. Rowson H., 1980, Properties and Applications of Glass, (Elsevier, Amsterdam).

3. Way J. // J.Roy.Agric.Soc.England, 1850, v.ll, p.313; 1852, v.13, p.123; v.15, p.491.

4. Schulze G. Versuche uber die diffusion von silber in glas // Angew.Physik, 1913, v.40, p.335-367.

5. Kistler S.S. Stresses in glass produced by noninform exchange of monovalent ions //J.Am.Ceram.Soc., 1962, v.45, 59-68.

6. Doremus R.H. Exchange and diffusion of ions in glass // J.Phys.Chem., 1964, v.68, p.2212-2218.

7. Burggraaf A.J., Cornelissen J. The strengthening of glass by ion excnange; Part 1. Stress formation by ion diffusion in alkali aluminosilicate glass // Phys.Chem.Glasses, 1964, v.5, p. 123-129.

8. Marinsky J.A., 1969, Ion exchange A series of advances, (Dekker, New York).

9. Garfinkel H.M. Ion exchange equilibria between glass and molten salts // J.Phys.Chem., 1968, v.72, p.4175-4181.

10. Ramaswamy R.V., Srivastava R. Recent advances in ion-exchanged optical waveguides and components // J.Mod.Optics, 1988, v.35, N 6, p.1049-1067.

11. Barrer R.M., Bartholomew R.F., Rees L.V.C. Ion exchange in porous crystals // J. Phys. Chem. Solids, 1963, v, 24, N 2, pp.309-317.

12. Helfrerich F., Plesset M.S. Ion exchange Kinetics. A Nonlinear Diffusion Problem // J. Chem. Phys., 1958, v. 28, N 3, pp.418-425.

13. Nernst W. // Z.Physik.Chem., 1889, v.2, p.613.

14. Plank M. // Ann. Physik, 1890, v.39, p. 161.

15. Beattie I.R., Davies D.R. The interdiffusion of 2 charged particles (with particular reference to ion-exchange in zeolites) // Phil.Mag., 1957, v.8, N 17, p.599-606.

16. Helfrerich F., Plesset M.S. Ion exchange Kinetics. A Nonlinear Diffusion Problem // J. Chem. Phys., 1958, v. 28, N 3, pp.418-425.

17. Barrer R.M., Bartholomew R.F., Rees L.V.C. Ion exchange in porous crystals // J. Phys. Chem. Solids, 1963, v, 24, N 2, pp.309-317.

18. Хансперджер P. Интегральная оптика. Теория и технология // М.:Мир, 1985, 379 с.

19. Тамир Т. (Под редакцией) Интегральная оптика /- М.:Мир, 1978, 344 с.

20. Yariv A., Yeh Р., 1984, Optical Waves in Crystals (Wiley, New York), p.416.

21. Hunsperger R.G., 1985, Integrated Optics: Theory and Technology, (Springer, Berlin).

22. Shen Y.R., 1984, The Principles of Nonlinear Optics, (Wiley, New York).

23. Lawrence M. Lithium-Niobate Integrated-Optics // Rep.Prog.Phys., 1993, v.56, N 3, p.363-429.

24. Carruthers J.R., Peterson G.E., Grasso M., Bridenbaugh P.M. Nonstoichiometry and crystal growth on lithium niobate // J.Appl.Phys., 1971, v.42, p. 1846.

25. Barns R.L., Carruthers J.R. Liyhium tantalate single crystal stoichiometry // J.Appl.Cryst., 1970, v.3, p.395-399.

26. Warner A.W., Опое M., Coquin G.A. Determination of Elastic and Piezoelectric Constants in Class (3m) // J.Acoust.Soc.Am., 1967, v.42, N 6, p.1223-1231.

27. Smith R.T., Welsh F.S. Temperature dependence of the elastic, piezoelectric, and dielectric constants of lithium niobate and lithium tantalate // J.Appl.Phys., 1971, v.42, N6, p.2219-2231.

28. Grabmaier B.C., Wersing W., Koestler W. Properties of Undoped and MgO-Doped LiNb03 Correlation to the Defect Structure // J.Crystal Growth, 1991, v.l 10, N 3, p.339-347.

29. Атучин B.B. Зависимость показателей преломления LiNb03 от состава кристалла// Оптика и спектроскопия, 1989, т.67, N 6, с. 1309-1312.

30. Di Domenico М., Wemple S. Н. Oxygen-octahedra ferroelectrics. I. Theory of electro-optical and nonlinear optical effects // J.Appl.Phys., 1969, v,40, p.720.

31. Shimura F. // J.Crystal Growth, 1977, v.42, p.579.

32. Schlarb U., Betzler K. Refractive-Indexes of Lithium-Niobate as a Function of Temperature, Wavelength, and Composition A Generalized Fit // Phys.Rev.B, 1993, v.48, N 21, p.l5613-15620.

33. Yariv A., 1985, Optical Electronics, 3rd ed. (Holt-Saunders International Editions).

34. Levine B. F., 1974, Phys.Rev. B, 10, 1655.

35. Shin C.C. and Yariv A., 1982, J.Phys.C, 15, 825.

36. Abrahams S.C., Reddy J.M., and Bernstein J. L., 1966a, J.Phys.Chem.Solids, 27, 997.

37. Abrahams S.C., Buehler E., Hamilton W. C., and Laplaca S.J., 1973, J.Phys.Chem. Solids, 34, 521.

38. Ashkin A., Boyd G.D., Dzedzik J.M. et al. Optically-induced refractive index inhomogenities in 1л№>Оз and ГлТаОз. Appl. Phys. Letters, 1966, vol. 9, N 1, p. 72-74.

39. Chen F.S. Optically induced change of refractive indices in LiNb03 and LiTa03.-J. Appl. Phys., 1969, vol. 40, N 8, p. 3389-3396.

40. Amodei J.J and Staebler D.L., 1971, Appl.Phys.Lett., 18, 540.

41. Becker R.A., 1984, Appl.Phys.Lett., 45, 121.

42. Jackel J.L., Glass A.M., Peterson., Rice C.E., Olson D.H., and Veselka J.J., 1984, J.Appl.Phys., 55, 269.

43. Fujiwara Т., Cao X.F., Srivastava R., and Ramasvamy R.V., 1992, Appl.Phys.Lett., 61,743.

44. Zachariasen W.H. Untersuchungen uber die Kristallstructur von Sesquioxygen und Verbindungen abo3 // Skrifter Der Norske Videnskaps-Akademi Oslo, I.Mat-Naturv.K1 asse, 1928, N 4.

45. Matthias В. Т., Remeika J.P. Ferroelectricity in the Ilmenire structure // Phys. Rev., 1949, v.76, p.1886.

46. Ballman A. A. Growth of piezoelectric and ferroelectric materials by Czochralski technique // J.Am. Ceram. Soc., 1965, v.48, p.l 12.

47. Федулов C.A., ШапироЗ.И., Ладыженский П.Б. Выращивание кристаллов LiNb03, LiTa03 и NaNb03 методом Чохральского // Кристаллография, 1965, т. 10, с.218.

48. Nassau К., Levinstein H.J., Loiacono G.M. Ferroelectric lithium niobate 1. Growth, domain structure, dislocations and etching // J.Phys.Chem. Solids, 1966a, v.27, N 4, p.983-988.

49. Nassau K., Levinstein H.J., Loiacono G.M. Ferroelectric lithium niobate 2. Preparation of single domain crystals // J.Phys.Chem.Solids, 1966b„ v.27, N 4, p.989-996.

50. Abrahams S.C., Reddy J.M., Bernstein J.L. Ferroelectric lithium niobate 3.Single crystal X-ray diffraction study at 24° C// J.Phys.Chem.Solids, 1966a, v.27, p.997-1012.51.0'Bryan H.M., Gallagher P.K., Brandle C.D. // J.Am.Ceram.Soc., 1985, v.68, p.493.

51. Crystal Technology, Inc., 1992, Data sheet, "Optical crystals, Lithium Niobate, Lithium Tantalate", 1035 East Meadow Circle, Palo Alto, California 94303, United States of America.

52. Rauber A., 1978, Chemistry , physics of lithium niobate, in Current Topics in Material Science, 1, E. Kaldis(ed), North-Holl, 481.

53. Schirmer O.F., Thiemann O., Wohlecke M. Defects in LiNb03 Experimental Aspects//J.Phys.Chem.Solids, 1991, v.52,N 1, p. 185-200.

54. Korkishko Yu.N., Fedorov V.A. Ion Exchange in Single Crystals for Integrated Optics and Optoelectronics // Cambridge International Sci. Publ. 1999. - P. 97 -269.

55. Iyi N., Kitamura K., Izumi F., Yamamoto K., Hayashi Т., Asano H., Kimura S. Comparative-Study of Defect Structures in Lithium-Niobate with Different Compositions // J.Solid State Chem., 1992, v.101, N 2, p.340-352.

56. Wilkinson A.P., Cheetham A.K., Jarman R.H. The Defect Structure of Congruently Melting Lithium-Niobate // J.Appl.Phys., 1993, v.74, N 5, p.3080-3083.

57. Zotov N., Boysen H., Frey F., Metzger Т., Born E. Cation Substitution Models of Congruent LiNb03 Investigated by X-Ray and Neutron Powder Diffraction// J.Phys.Chem.Solids, 1994, v.55, N 2, p.145-152.

58. Bliimel J., Born E., Metzger Th. Solid-State NMR-Study Supporting the Lithium Vacancy Defect Model in Congruent Lithium-Niobate // J.Phys.Chem.Solids, 1994, v.55, N 7, p.589-593.

59. Watanabe Y., Sota Т., Suzuki K., Iyi N., Kitamura K., Kimura S. Defect Structures in LiNb03 // J.Phys.-.Condens.Matter, 1995, v.7, N 18, p.3627-3635.

60. Abrahams S.C., Reddy J.M., Bernstein J.L. Ferroelectric lithium niobate 3.Single crystal X-ray diffraction study at 24° C// J.Phys.Chem.Solids, 1966a, v.27, p.997-1012.

61. Abrahams S.C., Buehler E., Hamilton W. C., Laplaca S.J. Ferroelectric lithium tantalate III. Temperature dependence of the structure in the ferroelectric phase and the paraelectric structure at 940° С // J.Phys.Chem. Solids, 1973, v.34, p.521.

62. Yamada Т., Niizeki N., Toyoda H. Curie point and lattice constants of lithium tantalate// Jpn.J.Appl.Phys., 1968,v.7,p.298-299.

63. Кузьминов Ю.С.// Кристаллография, 1995, т.40, c.1034.

64. Gallagher P.K., O'Bryan H.M. // J.Am.Ceram.Soc., 1985, v.68, p.147.

65. Gallagher P.K., O'Bryan H.M. Detection of a Lithium-Rich Skin on Lithium-Niobate Single-Crystals // J.Am.Ceram.Soc., 1988, v.71, N 8, p.C366-367.

66. Bailey P. // Thesis. Bristol, 1952, Quoted by H.D.Megaw: Acta Crystallogr. 1952, Vol.7, N 2, p.187-190.

67. Abrahams S.C., Reddy J.M., Bernstein J.L. Ferroelectric lithium niobate 5. Polycrystal X-ray diffraction study between at 24° and 1000° C// J.Phys.Chem.Solids, 1966c, v.27, p. 1019-1026.

68. Birnie D.P. The Spontaneous Polarization As Evidence for Lithium Disordering in LiNb03 // J.Mater.Res., 1990, v.5, N 9, p.1933-1939.

69. Birnie D.P. Model for the Ferroelectric Transition in Nonstoichiometric Lithium-Niobate and Lithium Tantalate // J.Am.Ceram.Soc., 1991a, v.74, N 5, p.988-993.

70. Birnie D.P. Simple Estimate of the Lithium Disordering Energy in LiNb03 and LiTa03 // J.Mater.Sci.Lett., 1991b, v. 10, N 16, p.978-980.

71. Weis R.S., Gaylord Т.К. Lithium niobate: Summary of Physical properties and crystal structure // Appl. Phys. A, 1985, v.37, p.191.

72. Kaminow I.P., Carruthers J.R. Optical waveguiding layers in LiNb03 and LiTa03 // Appl.Phys.Lett., 1973, v.22, p.326.

73. Schmidt R.V., Kaminov I.P. Metal diffused optical waveguides in LiNb03 // Appl.Phys.Lett.,1974, v.25, N8, p.458-460.

74. Segmuller A., Noyan I.C., Speriosu V.S. X-ray diffraction studies of thin films and multilayer structures// Prog.Crystal Growth and Charact. 1989. Vol.18, p.21-66.

75. Wie C.R. High-resolution X-ray diffraction characterization of semiconductor structures// Mater.Sci.Eng.Rep., 1994.Vol.13.p.1-66.

76. White J.M., Heidrich P.F. Optical Waveguide Refractive Index Profiles Determined from Measurement of Mode Indices: a Simple Analysis // Appl.Optics, 1976, v.15, N1, pp.151-155.

77. Дикаев Ю.М., Копылов Ю.А., Котелянский И.М. Простой метод определения профилей диффузионных волноводов // Квантовая Электроника, 1981, т.8, с.378.

78. Chiang K.S. Construction of refractive index profiles of planar dielectric waveguides from the distribution of effective indices. // J.Lightwave Techn., 1985, v.3, N2, pp.385-391.

79. H.Ahlfeldt, "Nonlinear optical properties of proton-exchanged waveguides in z-cut LiTa03", J.Appl.Phys., vol.76, pp.3255-3260, 1994.

80. Shah M.L. Optical waveguides in LiNb03 by ion exchange technique // Appl.Phys.Lett., 1975, v.26, N 11, p.652-653.

81. Jackel J.L. Optical waveguides in LiTa03 : silver-lithium ion exchange // Appl.Optics., 1980, v.19, N12, p.1996-1999.

82. Chen Y.-X., Chang W.S.C., Lau S.S., Wielunski L., Holman R.L. Characterization ofLiNb03 waveguides exchanged in T1N03 solution// Appl.Phys.Lett., 1982, v.40, N1, p.10-12.

83. Jackel J.L., Rice C.E. Variation in waveguides fabricated by immersion in AgN03 and T1N03: the role of hydrogen // Appl.Phys.Lett., 1982, v.41, N 6, p.508-510.

84. Jackel J.L., Rice C.E., Veselka J.J. Proton exchange for high-index waveguides in LiNb03 // Appl.Phys.Lett., 1982, v.41, N 7, p.607-608.

85. Ганьшин В.А., Коркишко Ю.Н., Петрова В.З. Особенности формирования H:LiNb03 световодов // ЖТФ, 1985, т.55, N11, с.2224-2227.

86. Коркишко Ю.Н., Федоров В.А. Структурно-фазовая диаграмма протоно-обменных HxLi|.xNb03 волноводов в кристаллах ниобата лития // Кристаллография. 1999. - Т. 44. - Вып. 2. - С. 237 - 246.

87. Коркишко Ю.Н., Федоров В.А. Зависимости показателей преломления от концентрации протонов в H:LiNb03 волноводах // ЖТФ. 1999. - Т. 69. -Вып. 3. - С. 47-57.

88. Yu.N.Korkishko and V.A.Fedorov, "Structural phase diagram of HxLi!.xNb03 waveguides: the correlation between optical and structural properties", IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron., vol.2, pp. 187-196, 1996.

89. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, M.P.De Micheli, P.Baldi, K.E1 Hadi, and A.Leycuras, "Relationships between structural and optical properties of proton-exchanged waveguides on Z-cut lithium niobate", Appl. Opt., vol.35, pp.7056-7060, 1996.

90. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, and S.M.Kostritskii, "Optical and X-ray characterization of HxLi|xNb03 phases generated in proton exchanged LiNb03 optical waveguides", J.Appl.Phys., vol.84, pp.2411-2419, 1998.

91. Yu.N. Korkishko and V.A.Fedorov, "Relationship between refractive indices and hydrogen concentration in proton-exchanged LiNb03 waveguides", J.Appl.Phys., vol.82, pp. 1010-1017, 1997.

92. V.A.Fedorov and Yu.N.Korkishko, "Crystal structure and optical properties of proton-exchanged LiTa03 waveguides", Ferroelectrics, 1994, v. 160, № 1-4, pp.185-208.

93. K.E1 Hadi, P.Baldi, S.Nouh, and M.P.De Micheli, A.Leycuras, V.A.Fedorov, and Yu.N.Korkishko, "Control of proton exchange for LiTa03 waveguides and crystal structure of HxLi,.xTa03", Optics Lett., 1995, v.21, № 16, pp.223-225.

94. D.B.Maring, R.F.Tavlykaev, R.V.Ramaswamy, Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, and J.M.Zavada, " Effect of crystal phases on refractive index profiles of annealed proton-exchanged waveguides in X-cut LiTa03", Appl.Phys.Lett., 1998, v.73, № 7, pp.423-425.

95. Suchoski P.G., Findakly Т.К., Leonberger F.J. Stable low-loss proton-exchanged LiNb03 devices with no electro-optic degradation // Opt. Lett. 1988. - Vol. 13. -P. 1050- 1052.

96. Bortz M.L., Eyres L.A., Fejer M.M. Depth profiling of d33 nonlinear coefficient in annealed proton exchanged LiNb03 waveguides // Appl. Phys. Lett. 1993. -Vol. 62.-P. 2012-2014.

97. K.El.Hadi, M.Sundheimer, P.Aschieri et al. Quasi-phase-matched parametric interactions in proton-exchanged lithium niobate waveguides // J. Opt. Soc. Am. B. 1997. - Vol. 14. - P. 3197 - 3203.

98. P.Bald, M.P.De Micheli, K.El.Hadi et al. Proton exchanged waveguides in LiNb03 and LiTa03 for integrated lasers and nolinear frequency converters // Opt.Eng. 1998. - Vol. 37. - P. 1193 - 1202.

99. Korkishko Yu.N., Fedorov V.A., Laurell F. Second order optical nonlinearity of different phases in proton exchanged LiNb03 waveguides // Proc. 9th Europ. Conf. on Integrated Optics (Torino, Italy, 1999 April 13 April 16) - P. 127- 130.

100. Yu.N.Korkishko, V.A.Fedorov, F.Laurell The nonlinear optical properties of different phases in proton exchanged lithium niobate waveguides // accepted for publication in IEEE J.Sel.Topics Quantum Electron.

101. Highly efficient integrated optical parametric generator produced by Soft Proton Exchange in PPLN / L.Chanvillard, P.Aschieri, P.Baldi et al. // Proc. 9th Europ. Conf. on Integrated Optics (Torino, Italy, 1999 April 13 April 16) - P. 513-516.

102. Spectral measurement of the film-substrate index difference in proton-exchanged LiNb03 waveguides / K.El.Hadi, V.Rastogi, M.R.Shenoy et al. // Appl.Opt. 1998. - Vol. 37. - P. 6463 - 6467.

103. Jackel J.L., Rice C.E. Short and long-term stability in proton exchanged lithium niobate waveguides // Proc. SPIE. 1984. - Vol. 460. - P. 43 - 48.

104. Mallard W.G., Linstrom P.J. WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, Eds., November 1998, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899 (http://webbook.nist.gov).

105. Stull D.R. Vapor Pressure of Pure Substances Organic Compounds // Ind. Eng. Chem. 1947. - Vol. 39. P. 517 - 540.

106. Maciak T. Stearic acid as a protonic source for fabrication of ЫЫЪОз waveguides by proton exchange // Optica Applicata. 1990. - Vol. 20. P. 209 -211.

107. Ganshin V.A., Korkishko Yu.N., Morozova T.V. et al. The study of proton exchange in lithium tantalate crystals // Phys. Stat. Sol. 1989. - Vol. 114. - P. 457-465.

108. Zhao S., Pun E.Y.B., Chung P.S. Annealing effects on proton-exchanged LiNbOj optical waveguides using stearic acid // Microwave Optical Techn. Lett. -1992.-Vol. 5. P. 490 - 493.

109. E.Y.Pun, K.K.Loi, S.Zhao et al. Annealing properties of proton-exchanged waveguides in LiNb03 fabricated using stearic acid // Proc. SPIE. 1991. Vol. 1583.-P. 102- 108.

110. E.Y.B.Pun, K.K.Loi, S.Zhao et al. Proton-exchanged LiNb03 optical waveguides using stearic acid// IEEE Photon. Techn. Lett. 1991. - Vol. 3. - P. 1006- 1008.

111. Zhao S., Pun E.Y.B. Chung P.S. Effect of annealing on proton-exchanged LiNb03 waveguides fabricated using stearic acid // Chinese J. Lasers. 1996. -Vol. 23.-P. 806- 810.

112. C.R. Pollock Fundamentals of Optoelectronics // Boston: Irwin Inc. 1990. - P. 96 - 97.

113. D.B. Maring, R.F. Tavlykaev, R.V. Ramaswamy, and S.M. Kostritskii -"Waveguide instability in LiTa03", J.Opt.Soc.Am. B, 2002, v. 19, No. 7, pp. 1575-1581.

114. F.Laurell, M.G.Roelofs, and H.Hsiung, "Loss of optical nonlinearity in proton-exchanged LiNb03 waveguides", Appl.Phys.Lett., vol.60, pp.301-303, 1992.

115. M.L.Bortz and M.M.Fejer, "Measurement of the second-order nonlinear susceptibility of proton-exchanged LiNb03", Opt.Lett., vol.17, pp.704-706, 1992.

116. W.-Y.Hsu, C.S.Willand, V.Gopalan, and M.C.Gupta, "Effect of proton exchange on the nonlinear optical properties of LiNb03 and LiTa03", Appl.Phys.Lctt., vol.61, pp.2263-2265, 1992.

117. R.W.Keys, A.Loni, and R.M.De La Rue, "Measurement of the increase in the SHG coefficient of proton exchanged LiNb03 after annealing using a grating diffraction technique", Electron.Lett., vol.26, pp.625-627, 1990.

118. T.Suhara, H.Tazaki, and H.Nishihara, "Measurements of the reduction in SHG coefficient in LiNb03 by proton exchanging", Electron.Lett., vol.25, pp.1326-1328,1989.

119. X.Cao, R.Srivastava, R.V.Ramaswamy, and J.Natour, "Recovery of second-order optical nonlinearity in annealed proton-exchanged LiNb03", IEEE Photon.Technol. Lett., vol.3, pp.25-27, 1991.

120. M.L.Bortz, L.A.Eyres, and M.M.Fejer, "Depth profiling of the d33 nonlinear coefficient in annealed proton exchanged LiNb03 waveguides", Appl.Phys.Lett., vol.62, pp.2012-2014, 1993.

121. G.R.Paz-Pujalt, D.D.Tuschel, G.Braunstein, T.Blanton, S.Tong Lee, and L.M.Salter, "Characterization of proton-exchange lithium-niobate wave-guides", J.Appl.Phys., vol.76, pp.3981-3987, 1994.

122. T.Veng, T.Skettrup, and K.Pedersen, "Second-order optical nonlinearities in dilute melt proton exchange waveguides in Z-cut LiNb03", Appl.Phys.Lett., vol.69, pp.2333-2335, 1996.

123. K.E1 Hadi, M.Sundheimer, P.Aschieri, P.Baldi, M.P.De Micheli, D.B. Ostrowsky, and F.Laurell, "Quasi-phase-matched parametric interactions in proton-exchanged lithium niobate waveguides", J.Opt.Soc.Am.B, vol.14, pp.31973203, 1997.

124. H.Ahlfeldt, F.Laurell, and G.Arvidsson, "Strongly reduced optical nonlinearity in lithium tantalate due to proton-exchange", Electron.Lett., vol.29, pp. 819-821, 1993.

125. H.Ahlfeldt, "Nonlinear optical properties of proton-exchanged waveguides in z-cut LiTa03", J.Appl.Phys., vol.76, pp.3255-3260, 1994.

126. V.Rastogi, P.Baldi, I.Aboud, P.Aschieri, M.P.De Micheli, D.B.Ostrowsky, and J.P.Meyn, " Effect of proton exchange on periodically poled ferroelectric domains in lithium tantalate", Opt. Mater., vol.15, pp.27-32, 2000.

127. M.J.Li, M.De Micheli, Q.He, and D.B.Ostrowsky, "Cerenkov configuration second harmonic generation in proton-exchanged lithium niobate guides", IEEE J.Quantum Electron., vol.QE-26, pp. 1384-1393, 1990.

128. T.Taniuchi and K.Yamamoto, "Second harmonic generation in proton-exchanged optical LiNb03 waveguides", Proc.SPIE, vol.864, Paper 864-09, 1987.

129. S.Helmfrid, G.Arvidsson, and J.Webjorn, "Influence of various imperfections on the conversion efficiency of 2nd-harmonic generation in quasi-phase-matching lithium niobate wave-guides", J.Opt.Soc.Am.B, vol.10, pp.222229, 1993.

130. Chen F. S., La Macchia Y. Т., Fraser D. B. Holographic storage in lithium Niobate.- Appl. Phis. Letters, 1968, vol. 13, N 7, pp. 223-225

131. H. Lefevre, "The Fiber Optic Gyroscope", Artech House, 1993.

132. Финансовый директор (главный бухгалтер) < Кок Хоой