【摘要】：釔鐵石榴石(YIG)薄膜獨特的磁性能和磁光性能使其在磁振子器件和光隔離器等領域有廣泛的應用前景。目前納米尺度YIG薄膜研究中,垂直各向異性薄膜和高磁光優(yōu)值薄膜是發(fā)展小型化自旋波器件和集成磁光器件的材料基礎,但是YIG薄膜是面內(nèi)易磁化各向異性且磁光效應較弱,不滿足器件發(fā)展的需求,本論文通過對YIG薄膜的摻雜改性提供解決這些問題的一些方案。我們用脈沖激光沉積(PLD)制備了三種摻雜釔鐵石榴石薄膜,研究了它們的結構、磁性能和磁光性能。我們首先在GGG(111)基片上外延生長了Mn摻雜YIG(Mn:YIG),晶格應力的存在以及Mn摻雜YIG薄膜的高磁致伸縮系數(shù)使得磁致彈性(磁彈)各向異性能顯著增加,有效的調節(jié)YIG薄膜的磁各向異性,在高Mn摻雜薄膜中得到垂直各向異性,同時薄膜的鐵磁共振線寬只有65 Oe。進一步通過鐵磁共振(FMR)分析得到Mn:YIG的各項各向異性常數(shù),薄膜的面外各向異性場由YIG中的-644.4 Oe增加到1337.5 Oe。我們也通過熱應力和離子摻雜有效的調節(jié)了多晶Ce摻雜YIG(Ce:YIG)薄膜的各向異性。用單步沉積法可以制備高質量的Dy摻雜Ce:YIG薄膜(DyCe:YIG),X射線衍射儀表明DyCe:YIG薄膜均結晶成石榴石晶相。Dy摻雜調節(jié)了Ce:YIG薄膜的磁各向異性,Ce:YIG薄膜的面外飽和磁化場由2820 Oe減小到540 Oe,同時具有很高的法拉第旋光值,未來可應用于TE模式集成磁光隔離器中。另一方面,通過在YIG十二面體晶格位引入Ce~(3+)離子摻雜,并調控材料的Fe~(2+)濃度,實現(xiàn)了硅集成強磁光效應,低損耗多晶Ce:YIG磁光薄膜。采用硅基光波導測量Ce:YIG薄膜的光學損耗,優(yōu)化了Ce:YIG薄膜的磁光優(yōu)值。我們發(fā)現(xiàn)YIG薄膜中的結晶狀態(tài)與材料的散射損耗相關,Ce:YIG薄膜的制備氧氣壓會影響材料中Fe~(2+)離子的存在從而顯著地影響材料的光學吸收損耗,在50 nm的YIG種子層和10 mTorr O_2條件下制備的Ce:YIG薄膜有著最好的磁光優(yōu)值39.8 deg/d B,為后續(xù)實現(xiàn)集成磁光隔離器奠定了基礎。最后我們設計并實現(xiàn)了單向磁場工作的MZI型光隔離器,器件在TM模式下工作在1548 nm波長處,可獲得最大隔離度22.5 dB,器件的20 dB隔離帶寬約為1 nm,器件的插入損耗約為8 dB,該器件可廣泛應用于未來晶圓級光學系統(tǒng)的集成。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O484.4

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本文編號：2765548