在伽瑪射線照射鈮酸鋰基板上研製脊形方向耦合器

Design and Fabrication of Ridge-type Directional Coupler on Gamma-ray Irradiated Lithium Niobate Substrate

黃新舜(Hsin-Shun Huang)

指導教授 ： 王維新

國立臺灣大學/電機資訊學院/光電工程學研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2011.02247

摘要

本論文探討伽瑪射線照射鈮酸鋰基板製作脊形光波導，藉以改善脊形外觀結構，並研究其對光場及電光調變特性的影響。
在脊形結構製作方面，使用純苯甲酸及含有已二酸之混合酸兩種不同質子酸源，在相同條件下利用氫氟酸與硝酸之混合酸進行溼式蝕刻，以完成脊形結構。同時，亦在相同的伽瑪射線照射劑量下，比較不同質子酸對脊形結構所造成的影響，以及比較不同的伽瑪射線照射劑量對脊形外觀的變化。實驗數據顯示採用伽瑪射線照射162.5krad且以純苯甲酸作為質子酸源之組合，在蝕刻8小時後，可獲得脊形的深度為4.472μm，深寬比為1.3。
在元件應用上，以製作脊形結構方向耦合器為例，實驗結果顯示經伽瑪射線照射過之元件可縮短耦合長度8.2%，表示耦合效應因伽瑪射線照射而增強。在電光調變部份顯示其半波電壓降低37.94%，訊熄比提高46.54%。證實伽瑪射線可有助於鈮酸鋰積體光學元件之改善。

關鍵字

輻射吸收劑量 ； 己二酸 ； 外觀比 ； 苯甲酸 ； 雙軸晶體 ； 光耦合器 ； 耦合效應 ； 耦合長度 ； 方向耦合器 ； 電光係數 ； 電光效應 ； 電光調變器 ； 訊熄比 ； 伽瑪射線 ； 半波電壓 ； 苯甲酸鋰 ； 鈮酸鋰 ； 光場 ； 脊形光波導 ； 重疊積分值 ； 質子交換 ； 放射性活度 ； 脊形深度 ； 脊形側壁 ； 脊形結構 ； 鈦 ； 鉭 ； 鈦擴散式光波導

並列摘要

In this thesis, ridge waveguides are fabricated by using proton exchange and wet etching in gamma-ray irradiated lithium niobate(LiNbO3). Experimental results show the depths and aspect ratios of ridge structures are all improved, which gives rise to optical fields of higher aspect ratios and electro-optic modulators with better characteristics.
The ridge structures are obtained by proton exchange for 8 hr with various acid sources and etched for 8 hr with a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid. The deepest depth and the aspect ratio of ridge structure are 4.472μm and 1.3 when the dosage of gamma-ray irradiation is 162.5krad.
Moreover, the coupling length is shortened by 8.2% when a ridge-type directional coupler is fabricated with gamma-ray irradiated lithium niobate, which indicates that coupling effect is enhanced due to gamma-ray irradiation. And the half-wave voltage is decreased by 37.94%, and the extinction ratio is increased by 46.54%. Thus, it shows that gamma-ray irradiation is advantageous for the improvement of lithium niobate integrated optical waveguides.

並列關鍵字

absorbed dose ； absorbed dose ； aspect ratio ； benzoic acid ； biaxial crystal ； coupler ； coupling effect ； coupling length ； directional coupler ； electro-optical coefficient ； electro-optic effect ； electro-optical modulator ； extinction ratio ； gamma ray ； half-wave voltage ； lithium benzoate ； optical field ； optical ridge waveguide ； overlap integral ； proton exchange ； PE ； radioactivity ； ridge depth ； ridge sidewall ； ridge structure ； titanium ； tantalum ； Ti-indiffused optical waveguide

參考文獻

[28] 賴政治，「伽瑪射線對光波導特性之研究」，國立台灣大學光電工程學研究所博士論文，2006年

[50] 蔡英哲，「伽瑪射線照射鈮酸鋰脊形馬赫任德電光調變器之研製」，國立台灣大學電子工程學研究所碩士論文，2010年

[51] 許佩蘭，「脊形電光調變器之設計與製作」，國立台灣大學電子工程學研究所碩士論文,，2006年

[53] 陳亮吟，「紫外光照射高分子光波導元件之研製」， 國立台灣大學光電工程研究所碩士論文，2007年

[39] 丁天倫，「改良式鈮酸鋰脊形光波導之特性與應用」，國立台灣大學光電工程學研究所博士論文，2006年