本文選題：KTN薄膜　切入點：脈沖激光沉積技術　出處：《哈爾濱理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：堿金屬鉭鈮酸鹽光電功能材料以其顯著的電光性能在光電信息處理領域等具有較大的應用潛力。相對于體塊材料,薄膜形式可以大幅度降低材料的電光調(diào)制電壓,促進納秒、亞納秒量級光開關的實用化進程。因此,對堿金屬鉭鈮酸鹽薄膜的研究有著重要的理論與實用意義。本文針對鉭鈮酸鹽材料薄膜化問題展開,制備了純KLTN電光薄膜并對其實現(xiàn)可控生長,以及對薄膜的基本光學性能和薄膜中的光傳輸特性進行了研究。利用脈沖激光沉積(PLD)技術成功制備了鈣鈦礦相的KTa_(0.5)Nb_(0.5)O_3(KTN50)、KTa_(0.65)Nb_(0.35)O_3(KTN65)和K_(0.95)Li_(0.05)Ta_(0.65)Nb_(0.35)O_3(KLTN65)薄膜,從實驗方面探索了薄膜的生長規(guī)律,得到了薄膜的最佳生長條件。結(jié)構(gòu)及微觀形貌表征表明,薄膜在(h00)方向取向度高達94.6%,晶粒尺寸大約50-100nm,且結(jié)晶質(zhì)量良好。針對薄膜生長輸運過程中粒子偏離化學計量比造成雜相產(chǎn)生的情況,主要研究了PLD法制備KTN薄膜等離子體羽輝的傳輸特性,得到了等離子體濃度的空間和時間分布特性。并在此基礎上,研究了K、Nb和Ta原子的沉積規(guī)律,為鉭鈮基薄膜的可控生長提供了支持。利用紫外-可見光分光光度計、橢偏儀和Z掃描等分析了KTN薄膜的透射和吸收光譜、折射率等基本光學性能。根據(jù)光譜特性計算得到薄膜厚度參數(shù),并解釋了薄膜光學禁帶展寬的原因;基于薄膜的折射率色散特性,得出在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si基片上生長的鉭鈮酸鹽薄膜的折射率方程參數(shù);由薄膜的三階非線性光學特性,研究得到其非線性折射系數(shù)為-6.59×10~(-10)cm~2/W,表明薄膜在波長為532nm、脈寬為8ns、光功率密度為0.48GW/cm~2激光下具有自散焦特性。另外,為了探索KTN薄膜在光學器件領域的潛在應用,進一步研究了KTN/MgO和ITO/KTN/Pt平面波導中的光傳輸特性,通過頻域分析和邊界模式分析,得到了KTN平面波導的傳播模式,并研究了不同尺寸薄膜TE模式的光傳輸效率,發(fā)現(xiàn)薄膜厚度200-500nm時波長為632.8nm的光具有較高的傳輸效率和較低的傳輸損耗。
[Abstract]:The alkali tantalum niobate photoelectric functional materials have great application potential in the field of optoelectronic information processing due to their remarkable electro-optic properties. Compared with bulk materials, the film form can greatly reduce the electro-optic modulation voltage of the materials and promote nanoseconds. Therefore, the study of tantalum niobate thin films has important theoretical and practical significance. In this paper, the thinning of tantalum niobate materials is discussed. Pure KLTN electro-optic thin films have been prepared and their controllable growth has been studied. The basic optical properties of the films and the optical transmission characteristics in the films have been studied. By using the pulsed laser deposition (PLD) technique, the KTaS 0.5NbS / KTN50 / KTa0.65Nb 0.35Nb / 0.35Nb / KTN65 and 0.65NbS / 0.65NbS / 0.65NbS / 0.35NbS / 0.35NbS / 0.65NbS / 0.35Nb / 0.65Nb / T / 0.35Nb / T / 0.35NT / KTN65T thin films of perovskite phase have been successfully prepared by using pulsed laser deposition (PLD) technique. The optimum growth conditions of the films were obtained, and the structure and microstructure of the films were characterized. The orientation degree of the film is as high as 94.6, the grain size is about 50-100 nm, and the crystal quality is good. The transport characteristics of plasma plume of KTN thin films prepared by PLD method were studied, and the spatial and temporal distribution of plasma concentration were obtained. On the basis of this, the deposition rules of Knb and Ta atoms were studied. It provides support for the controllable growth of tantalum and niobium thin films. The transmission and absorption spectra of KTN thin films are analyzed by UV-Vis spectrophotometer, ellipsometry and Z-scan. Basic optical properties such as refractive index. The thickness parameters of thin films are calculated according to their spectral characteristics, and the reasons for the broadening of optical bandgap are explained. The refractive index equation parameters of tantalum niobate thin films grown on Pt(111)/Ti/SiO_2/Si substrates are obtained. The nonlinear refraction coefficient of the film is -6.59 脳 10 ~ (-10) ~ (-1) cm ~ (2 / W), which shows that the film has self-defocusing characteristics at wavelength of 532 nm, pulse width of 8 nm and optical power density of 0.48GW/cm~2 laser. In addition, in order to explore the potential applications of KTN thin films in optical devices, The propagation characteristics of KTN/MgO and ITO/KTN/Pt planar waveguides are further studied. The propagation modes of KTN planar waveguides are obtained by frequency domain analysis and boundary mode analysis, and the optical transmission efficiency of te modes with different sizes is studied. It is found that the light with the wavelength of 632.8nm has higher transmission efficiency and lower transmission loss when the film thickness is 200-500nm.
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O484

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