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研究生:蔡英哲
研究生(外文):Ying-Jhe Tsai
論文名稱:伽瑪射線照射鈮酸鋰脊形馬赫任德電光調變器之研製
論文名稱(外文):Design and Fabrication of Ridge Structure Mach-Zehnder Modulator with Gamma-Ray Irradiated Lithium Niobate
指導教授:王維新王維新引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:電子工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:伽瑪射線馬赫任徳
外文關鍵詞:gamma raymach-zehnder
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本論文探討在照射過伽瑪射線的z-cut鈮酸鋰基板,以質子交換與濕式蝕刻法製作脊形結構,並利用此結構製作馬赫任德電光調變器。為瞭解脊形結構之改善情形,本研究採用表面輪廓儀與電子顯微鏡量測脊形結構的外觀比;實驗數據顯示,在照射過伽瑪射線的鈮酸鋰基板上製作的脊形結構的縱深增加了約30%,外觀比改善了87%。又因為脊形結構之側壁較為垂直,亦加強了光場的侷限性,使得半波電壓由7.9V降為6V,改善幅度約為31%。



In this thesis, ridge Mach-Zehnder modulator is successfully fabricated by using proton exchange wet etching in gamma ray irradiated z-cut lithium niobate. To characterize the effect of gamma ray irradiation, the depth and the aspect ratio of the ridge structure are measured by surface profiler and electron microscope. Experimental results show that the depth and the aspect ratio of the gamma ray irradiated ridge structure are increased by about 30% and 87%, respectively. Owing to deeper vertical side walls, the optical field confinement is enhanced and the drive voltage is decreased from 7.9V to 6V.

中文摘要 I
英文摘要 III
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 3
1-3 內容簡介 4
第二章 研究方法 5
2-1 研究目標與架構 5
2-2 鈮酸鋰簡介 5
2-2-1材料特性 5
2-2-2光學特性 7
2-2-3光波導製作 9
2-3 伽瑪射線簡介 11
第三章 脊形光波導製作與特性 14
3-1 脊形光波導 14
3-2 蝕刻法與質子交換原理簡介 15
3-2-1常見的蝕刻方法 15
3-2-2質子交換 16
3-3 實驗過程 19
3-3-1製作流程 19
3-3-2脊形外觀與實驗結果討論 23
3-4 影響重疊積分值之因素 27
3-4-1脊形寬度 27
3-4-2脊形傾斜角度 28
3-4-3脊形深度 29
3-4-4波導偏移 30
3-4-5電極間距 32
第四章 馬赫任德電光調變器 35
4-1電光調變器原理簡介 35
4-2 元件製作過程 42
4-2-1元件設計 42
4-2-2製程步驟 44
4-2-2-1伽瑪射線照射 45
4-2-2-2晶片切割 45
4-2-2-3微顯影術 46
4-2-2-4金屬鍍膜 47
4-2-2-5掀離法與蝕刻法 48
4-2-2-6質子交換 49
4-2-2-7濕式蝕刻 49
4-2-2-8高溫擴散 49
4-2-2-9研磨拋光 50
4-3量測系統 50
4-4 製程討論與量測結果 52
4-4-1鉭金屬遮罩 52
4-4-2緩衝層 53
4-4-3光場量測 55
4-4-4調變訊號量測 56
第五章 結論與未來展望 58
5-1結論 58
5-2未來展望 59
參考文獻 60
中英對照



表目錄
表 2-1 鈮酸鋰晶體的基本特性 6
表 2-2 輻射相關單位表 13
表 2-3 鈷-60照射場劑量率表 13
表 3-1 常用的質子交換酸源基本性質 18
表 3-2 脊形外觀比 25



圖目錄
圖 2-1 (a)在居里溫度以下,晶體呈鐵電性 7
(b)在居里溫度以上,晶體呈順電性
圖2-2 伽瑪射線儀器 12
圖3-1 質子交換示意圖 17
圖3-2脊行結構製程步驟示意圖 19
圖 3-3 質子交換8小時,隨時間增加之脊形深度變化圖 24
圖3-4 以白光干涉儀量測脊形深度之結果 26
圖3-5 以電子顯微鏡量測其脊形側壁圖 26
圖3-6 脊形寬度對重疊積分值之影響 28
圖3-7 脊形斜率對重疊積分值的影響 29
圖3-8 脊形斜率對重疊積分值的影響 30
圖3-9 各種波長在不同寬度之脊形上偏移對重疊積分值之影響 31
圖3-10 z-cut鈮酸鋰電光調變器之結構示意圖 32
圖3-11 Alferness計算z-cut無脊形電光調變器之重疊積分值 32
圖3-12 鈮酸鋰脊形電光調變器之電極結構示意圖 33
圖 4-1 馬赫任德電光調變器之結構圖 36
圖 4-2 馬赫任德電光調變器之電極及電場示意圖 40
圖 4-3 推挽式電極及電場示意圖 41
圖4-4 光罩設計 43
圖4-5 實際製作之元件參數 43
圖4-6 電光調變器製程流程 44
圖4-7 光場量測架構 51
圖4-8 調變量測架構 51
圖4-9 鉭金屬厚度,對掀離結果之影響 53
圖4-10 緩衝層對電極的影響 54
圖4-11 緻密度且均勻度佳的表面製作出來的電極 55
圖4-12 馬赫任德電光調變器光場圖 56
圖4-13 不對稱之光訊號量測圖 57
圖4-14 馬赫任德電光調變器實驗量測圖 57



[1]J. T. Boyd, Integrated Optics – Devices and Applications, IEEE Press, 1991.
[2]R. G. Hunsperger, Integrated Optics: Thoery and Technology 5th Ed., Springer – Verlag, 1991.
[3]H. Nishihara, M. Haruna, and T. Suhara, Optical Integrated Circuits, McGraw – Hill, 1985.
[4]I. Andonovic and D. Uttamchandnni, Principles of Modern Optical Systems, chap. 10, Artech House, 1989
[5]W. H. Hsu, K. C. Lin, J. Y. Li, Y. S. Wu, and W. S. Wang, “Polarization splitter with variable TE-TM mode converter using Zn and Ni codiffused LiNbO3 waveguides,” IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron, vol. 11, no. 1, pp. 271-277 Jan./Feb. 2005.
[6]R. S. Cheng, T. J. Wang, and W. S. Wang, “Wet-etched ridge waveguides in y-cut lithium niobate,” J. Lightwave Tech., vol. 15, pp.1880-1887, 1997.
[7]S.J. Chang, C.L.Tsai, Y. B. Lin, J. F. Liu, and W. S. Wang, “Improved electrooptic modulator with ridge structure in X-cut LiNbO3,” J. Lightwave Tech., vol. 17, pp. 843-847,1999.
[8]M. N. Armenise, Fabrication techniques of lithium niobate waveguides,”IEEE Proceedings, vol. 135, pp.85-91, 1988.
[9]C. S. Lau, P. K. Wei, C. W. Su, and W. S. Wang, “Fabrication of strip load outdiffusion guides on lithium niobate substrate,”Microwave and Optical Technol. Lett., vol. 5, no.7, pp.309-313, 1992.
[10]C.S. Lau, S.F. Liu, P. K. Wei, and W.S. Wang,”A Mach-Zehnder interferometer made of strip-loaded outdiffusion guide, Microwave and Optical Technol. Lett. Vol. 12, pp. 611-613, 1992.
[11]V. M. N. Passaro, M. N. Armenise, D. Nedheva, and E. Y. B. Pun,”LiNbO3 optical waveguides formed in a new proton source”J. Lightwave Tech., vol.20, pp.71-77, No.1, 2002.
[12]C. S. Lau, P. K. Wei, C. W. Su, and W. S. Wang,“Fabrication of magnesium-oxide-induced lithium outdiffusion waveguides,”IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 4 , No.8, pp. 872-875,1992.
[13]R. V. Schmidt and I. P. Kaminow, “Metal-diffused optical waveguides in LiNbO3,”Appl. Phys. Lett., vol. 25, no. 8, pp.458-460, Oct.1974.
[14]G. J. Griffiths and R. J. Esdaile,“Analysis of titanium-diffusiedplanar optical waveguides in lithium niobate,” IEEE J. Quantum Electron., vol. 20, no. 2, pp. 149-159, 1984.
[15]J. J. Aubert, M. Couchaud, and C. Calvat,“Characterization of lithium niboate by γ-ray diffraction,”J. of Crystal Growth,vol.79,pp.530-533, 1986.
[16]K. Noguchi, O. Mitomi, K. Kawano, and M. Yanagibashi, “Highly efficient 40GHz bandwidth Ti- LiNbO3 optical modulator employing ridge structure, ” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 5, pp. 52-54, 1993.
[17]S. J. Al-Bader, “Application of etched grooves in integrated-optics channel isolation,” IEEE Photon Technol. Lett., vol. 8, pp. 1044-1046, 1996.
[18]H. Haga, M. Izutsu, and T. Sueta, “LiNbO3 traveling-wave length modulator/switch with an etched groove,” IEEE J. Quantum Electron., vol. 6, pp. 902-906, 1986.
[19]A. Sugita, K. Jingui, N. Takato, K . Katoh, and M. Kawachi, “Bridge-suspended silica-waveguide thermo-optic phase shifter and its application to Mach-Zehnder type optical switch,” IEEE Trans. IEICE E. Vol. 73, pp. 105-108, 1990.
[20]I. P. Kaminow and V. Ramaswamy, “Lithium niobate ridge waveguide modulator,” Appl. Phys. Lett., vol. 27, pp. 622-624, 1975.
[21]Y. Ohmachi, and J. Noda, “Electro-optic light modulator with branched ridge waveguide,” Appl. Phys. Lett., vol. 27, pp.544- 546,1975.
[22]C. L. Lee and C. L. Lu,“CF4 plasma etching on LiNbO3 ,” Appl. Phys. Lett., vol. 35, pp.756-758, 1979.
[23]J. L. Jackel, R. E. Howard, E. L. Hu, and S. P. Lyman, “Reactive ion etching of LiNbO3 ,” Appl. Phys. Lett., vol. 38, pp. 907-909, 1981.
[24]N. Niizeki, T. Yamada, and H. Toyota, “Growth ridges, etched hillocks, and crystal structure of lithium niobate,” J. J. Appl. Phys., vol. 6, No. 3, pp. 318-327,1967.
[25]F. Laurell, J. Webjorn, G. Arvidsson, and J. Holmberg, “Wet etching of proton-exchanged lithium niobate-a novel processing technique, ” J. Lightwave Tech., vol. 10, pp. 1606-1609, 1992.
[26]Y. N. Korkishko,V. A. Fedorov, M. P. De Micheli, P. Baldi, K. El Hadi, and A. Leycuras, “Relationships between structure and optical properties of proton-exchanged waveguides on z-cut lithium niobate, ”Appl. Opt., vol. 35, No. 36, pp. 7056-7060, 1996.
[27]N. Goto and G. L. Yip, “Characterization of proton-exchange and annealed LiNbO3 waveguides with pyrophosphoric acid,” Appl. Opt., vol. 28, No. 1, pp.60-65, 1989.
[28]K. Yamamoto and T. Taniuchi, “Characteristics of pyrophosphoric acid proton-exchanged waveguides in LiNbO3,” J. Appl. Phys., vol. 70, No. 11, pp. 6663-6668, 1991
[29]E. Y. B. Pun, S. A. Zhao, and P. S. Chung, “Proton-exchange LiNbO3 optical waveguides using stearic acid,” IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 3, No.11, pp. 1006-1008, 1991.
[30]Y. S. Son, H. J. Lee, Y. K. Jhee, S. Y. Shin, and B. G. Kim, “Fabrication of LiNbO3 channel waveguides using water,” IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 4, No.5, pp. 457-459, 1992.
[31]I. E. Barry, G. W. Ross, P. G. R. Smith, and R. W. Eason, “Ridge waveguides in lithium niobate fabricated by differential etching following spatially selective domain inversion,” A. Phys. Lett., vol 74, pp. 1487-1488, 1999.
[32]K. Nassau, H. J. Levinstein, and G. M. Loiacono, “The domain structure and etching of ferroelectric lithium niobate,” Appl. Phys. Lett., vol. 6, pp. 228-229, 1965
[33]Y. N. Korkishko and V. A. Fedorov, “Structural phase diagram of HxLi1-xNbO3 waveguides: the correlation between optical and structural properties,” IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron., vol. 2, no. 2, pp. 187-196, 1996.
[34]張家豪,「以伽瑪射線及質子交換濕式蝕刻法研製脊型鈮酸鋰光波導」,國立台灣大學電子工程學研究所碩士論文,2009年
[35]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
[36]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
[37]R. C. Alferness, “Waveguide eletrooptic modulator,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-30, No. 12, pp. 20776-2079, Dec.1993.
[38]陳瑞鑫,「利用濕式蝕刻法研製之脊形鈮酸鋰光波導元件」,國立台灣大學電機工程研究所博士論文,1996年
[39]吳翊魁,「改良式脊形電光調變器之研究」,國立台灣大學光電工程研究所碩士論文,2004年



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