【摘要】：本文研究了Ce、Bi、Ga多種元素復(fù)合摻雜的釔鐵石榴石磁光薄膜材料,采用一步脈沖激光沉積+快速退火的方法在硅基體上制備了A位摻雜的Ce_(1.0)Y_2Fe_5O_(12)、Ce_(1.0)Y_2Fe_4Ga_1O_(12)薄膜以及A位和B位復(fù)合摻雜的Bi_(0.5)Ce_(0.5)Y_2Fe_5O_(12)、Bi_(0.5)Ce_(0.5)Y_2Fe_4Ga_1O_(12)薄膜。采用XRD、XPS、AFM、SEM和TEM等手段對(duì)不同工藝條件下薄膜的物相成分、表面形貌以及界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并對(duì)薄膜的室溫磁性能、光透過性能以及法拉第旋光性能進(jìn)行了研究。探討了摻雜元素、沉積次序和沉積溫對(duì)薄膜的組織和性能的影響。研究結(jié)果表明,通過一步脈沖激光沉積方法改變種子層YIG和摻雜目標(biāo)層的沉積次序,獲得了目標(biāo)層直接與Si接觸的YIG/Ce_(1.0)Y_2Fe_5O_(12)/Si和YIG/Bi_(0.5)Ce_(0.5)Y_2Fe_5O_(12)/Si雙層薄膜。快速退火后為石榴石相結(jié)構(gòu)多晶薄膜,表面質(zhì)量良好,粗糙度在1nm左右,磁性能和法拉第旋光性能都可以與YIG在下層的薄膜相比擬。另外,高溫沉積的薄膜質(zhì)量和性能都比室溫沉積的有所提高,高溫沉積的YIG/Ce_(1.0)Y_2Fe_5O_(12)/Si薄膜的法拉第旋轉(zhuǎn)角達(dá)到2250deg/cm。在A位摻雜基礎(chǔ)上,通過Ga3+的B位摻雜,取代Fe3+,高溫沉積了Ce_(1.0)Y_2Fe_4Ga_1O_(12)/YIG/Si和Bi_(0.5)Ce_(0.5)Y_2Fe_4Ga_1O_(12)/YIG/Si兩種薄膜,其表面質(zhì)量良好,相比與未摻雜Ga的磁性能明顯下降,但是光透過率和法拉第旋光都有所提升。還在SiNx基體上制備了復(fù)合摻雜型薄膜,實(shí)現(xiàn)了摻雜型YIG磁光薄膜在不同基體上的集成。經(jīng)過在Si和SiNx基體上對(duì)薄膜沉積和退火工藝的探索后,在硅基波導(dǎo)器件和氮化硅基波導(dǎo)器件上直接沉積復(fù)合摻雜型Ce_(1.0)Y_2Fe_4Ga_1O_(12)和Bi_(0.5)Ce_(0.5)Y_2Fe_4Ga_1O_(12)兩種薄膜,退火后器件表面平整無明顯缺陷,對(duì)磁光效應(yīng)進(jìn)行測(cè)試后得到插入損耗在17d B以下,隔離率達(dá)到20dB。實(shí)現(xiàn)了YIG材料在光隔離器上的應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.2
【圖文】：

利用光纖作為傳輸媒介的光學(xué)通信技術(shù)成為重要的信息傳輸纖具有傳輸速度快，制造成本低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。光纖在近紅外 1550nm）的損耗非常小，理論可以達(dá)到 0.2dB/km[1]，是非常有效的。在光學(xué)通信中，半導(dǎo)體激光器作為有源器件，可以提供可靠性光激光源免受反射光的干擾，必須要有光隔離器來保證傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)器是一種重要的非互易性光學(xué)器件，其類似于電子二極管的整流效沿指定方向無阻擋地通過，完全排除光纖功能器件接點(diǎn)處的反射光消除了反向傳輸?shù)母蓴_光對(duì)激光源的影響，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性[2利用的是磁光法拉第效應(yīng)，指當(dāng)介質(zhì)被置于磁場(chǎng)當(dāng)中，一束線偏振方向或磁化強(qiáng)度方向通過介質(zhì)是偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象[4]，其原理示1 所示。偏轉(zhuǎn)的角度（θ）與施加磁場(chǎng)光線傳播方向的磁通量密度（B度（傳播距離 d）成正比：θ=VBd V——菲爾德常數(shù)。

圖 1-2 光隔離器示意圖a)塊狀型；b)集成型隨著光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，分立的光學(xué)器件已經(jīng)不能滿足需求，人們采取成電路的方法，將多種光學(xué)元件（如：激光器、光隔離器、光調(diào)制器、光環(huán)形器和耦合器等）集成到同一襯底上，提高其傳遞信息和處理信息稱為集成光學(xué)[5]。與之對(duì)應(yīng)，也就出現(xiàn)了集成型光隔離器（波導(dǎo)型光隔離器導(dǎo)體器件上直接制備磁光薄膜材料，通過模式轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)光隔離作用，其圖如圖 1.2 b) 所示。集成型光隔離器的最核心部分是高性能的磁光薄膜材薄膜的評(píng)價(jià)參數(shù)是品質(zhì)因子[6]：FoM = Θ/α Θ——單位長(zhǎng)度的法拉第旋光系數(shù)；)α——材料的光吸收系數(shù)。FoM越大，磁光薄膜的品質(zhì)越好。因此，制備集成型光隔離器的關(guān)鍵包括一是制備具有高品質(zhì)因子的磁光薄膜材料；二是將磁光薄膜有效地集成

磁光材料是在可見和紅外波段具有磁光效應(yīng)的光信息功能材料。從物理度，磁光材料可以分為磁光薄膜，磁光玻璃，磁光光子晶體，磁光液體晶[7]。本文討論的主要是用于集成型光隔離器的薄膜材料。目前研究最多氧化物薄膜，主要包括 Co 元素?fù)诫s的 CeO2 δ材料，尖晶石型材料 CoFeO3和 MgFe2O4等，鈣鈦礦氧化物材料 SrTiO3等，稀土正鐵氧體材料 B釔鐵石榴石材料 YIG。1 Co 摻雜的 CeO2 δ材料CeO2屬于立方晶系，晶格常數(shù)為 5.411 ，是與硅的晶格常數(shù)最接近的磁CeO2與硅（100）取向的失配度僅為 0.35%，可以直接在硅上外延生長(zhǎng)。[8]研究了 Co 摻雜的 CeO2 δ的磁光性能，在 MgO 和 SrTiO3基體上沉積厚 260nm～950nm 的 CeO2 δ薄膜，Co 原子的取代率最高可以達(dá)到 25%，厚薄膜缺陷越少。隨著 Co 含量的增加，薄膜的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力都性能如圖 1-3 a) 所示。在 1550nm 光波段，不同 Co 摻雜量的薄膜的室溫轉(zhuǎn)角在 200 deg/cm 到 6900 deg/cm 之間，如圖 1-3 b) 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 章春香;殷海榮;劉立營(yíng);;磁光材料的典型效應(yīng)及其應(yīng)用[J];磁性材料及器件;2008年03期

2 張國(guó)營(yíng);程勇;張學(xué)龍;夏天;薛劉萍;;摻Pb,Ga對(duì)Ce:YIG晶體磁光性能的影響[J];物理學(xué)報(bào);2006年05期

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本文編號(hào)：2797510