锂—钛同时内扩散制备近化学计量比Ti：LiNbO_3光波导的动态模拟-激光技术-论文之家

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锂—钛同时内扩散制备近化学计量比Ti：LiNbO_3光波导的动态模拟

作者：庄玉然 Publish: 2007-4-17 Hits:-

【中文题名】

锂—钛同时内扩散制备近化学计量比Ti：LiNbO_3光波导的动态模拟

【英文题名】

Dynamic Simulation for Li-Ti Indiffusion Simultaneous: Fabrication of Near-stoichiometric Ti: LiNbO_3 Optical Waveguide

【学科专业】

光学工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-4-17

【中关键词】

LiNbO_3晶体,气相输运平衡,Ti扩散,近化学计量比光波导,动态模拟,有限差分方法

【英关键词】

LiNbO_3 crystal,Vapor transport equilibration,Ti diffusion,Dynamic simulation,Finite difference method,Near-stoichoimetric optical waveguide,

【分类导航】

工业技术>无线电电子学、电信技术>光电子技术、激光技术>波导光学与集成光学>光波导>

【论文摘要】

本论文在国内外首次对在同成分LiNbO_3基底上同时进行气相输运平衡(vapor transport equilibration, VTE)处理和Ti扩散以制备近化学计量比光波导的物理过程进行了动态模拟研究。本文先对VTE过程进行了动态模拟。根据Fick定律建立了描述Li扩散的模型,采用隐式有限差分方法对扩散方程和边界条件进行处理,得到差分方程。为求解差分方程,我们首先确定了不同切向LiNbO_3晶体中Li的扩散系数与晶体内Li_2O浓度之间的关系,其过程如下:(1)对Li_2O浓度的实验数据进行拟合;(2)用Boltzman-Matano方法处理拟合得到的Li_2O浓度数据。之后模拟了对不同厚度和不同切向(Z切和X切)LiNbO_3晶体进行VTE处理的动态过程,给出了各晶体中[Li]/[Nb]随时间变化的曲线。为了检验数值方法的可靠性,我们将VTE条件为1100℃/24h的数值结果与已报导的实验数据进行了比较,结果发现理论与实验符合较好。由于扩散型光波导波导层厚度一般小于20μm,我们着重分析讨论了深度小于20μm内的平均[Li]/[Nb]值随时间变化的结果,阐明了不同晶体厚度对同一深度...

【论文题纲】

中文摘要	3-4
ABSTRACT	4-8
第一章绪论	8-14
1.1 引论	8
1.2 光波导在集成光学中的应用	8
1.3 光波导研究新进展	8-13
1.3.1 光波导的分类	8-10
1.3.2 产品开发情况	10-13
1.4 本论文的工作和意义	13-14
第二章光在波导中传播的理论	14-30
2.1 介质光波导	14-16
2.2 平面电磁波的反射与折射	16-21
2.2.1 反射定律和折射定律	16-17
2.2.2 菲涅耳（Ｆｒｅｓｎｅｌ）公式	17-18
2.2.3 全反射全反射时的相移	18-20
2.2.4 古斯－汉欣(Goos-Haenchen)位移	20-21
2.3 介质平板波导分析	21-24
2.3.1 均匀平板波导的模式方程	21-23
2.3.2 非均匀平板波导的模式方程	23-24
2.4 条形介质波导	24-30
2.4.1 马卡梯里法	25-27
2.4.2 有效折射率法	27-30
第三章 LiNbO_3晶体的气相输运平衡处理	30-43
3.1 LiNbO_3晶体介绍	30-33
3.1.1 同成分LiNbO_3晶体	30-31
3.1.2 同成分LiNbO_3晶体的制备	31
3.1.3 近化学计量比LiNbO_3晶体	31-32
3.1.4 获得近化学计量比LiNbO_3晶体的方法	32-33
3.2 气相输运平衡技术介绍	33-34
3.3 气相输运平衡过程的数值仿真	34-43
3.3.1 数值仿真公式推导	34-35
3.3.2 气相输运平衡过程中Li的扩散系数的求解	35-37
3.3.3 数值计算结果与误差分析	37-43
第四章 Ti:LiNbO_3光波导	43-54
4.1 Ti:LiNbO_3光波导的制程	43-44
4.2 Ti:LiNbO_3光波导理论	44-48
4.2.1 Ti扩散过程分析	44-46
4.2.2 Ti:LiNbO_3平板波导理论	46-47
4.2.3 Ti:LiNbO_3条波导理论	47-48
4.3 Ti扩散过程的数值仿真	48-52
4.3.1 已有数值仿真方法总结	48-49
4.3.2 数值仿真公式推导	49-50
4.3.3 数值计算结果与误差分析	50-52
4.4 Ti扩散对LiNbO_3晶体折射率的影响	52-54
第五章 Li-Ti同时内扩散制备光波导	54-66
5.1 实验及数据处理	54-58
5.1.1 光波导模式测量	54-55
5.1.2 Ti浓度轮廓的测量	55-58
5.2 Li与Ti扩散同时进行时Ti扩散过程的分析	58-60
5.3 VTE与Ti扩散同时进行时Ti扩散的数值仿真	60-66
5.3.1 数值仿真公式推导	60-61
5.3.2 几个参数的确定	61-63
5.3.3 数值计算结果与误差分析	63-66
参考文献	66-69
发表论文及科研情况说明	69-70
致谢	70

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.341449



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