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研究生:江振煜
研究生(外文):Cheng-Yu Chiang
論文名稱:利用溶膠凝膠法在熔融石英玻璃基板上製作摻鍺的光學波導
論文名稱(外文):Fabricate GeO2-SiO2 Optical Waveguide on Fused Silica Substrate by Sol-Gel Method
指導教授:趙 煦
指導教授(外文):Shiuh Chao
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電機工程學系
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:105
中文關鍵詞:溶膠凝膠法波導非線性熱極化處理
外文關鍵詞:sol gelwaveguidenonlinearthermal poling
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本研究內容是利用溶凝膠(sol-gel)法在熔融石英玻璃(fused silica)基板上製作出掺鍺的二氧化矽(GeO2-SiO2)薄膜,然後對覆膜的基板進行熱極化處理(thermal poling)實驗,使之產生非線性的特性。實驗首先將矽酸乙酯(Si(OC2H5)4,簡稱TEOS)、水(pH=1)、乙醇以及第四丁氧基鍺(Ge(OC4H9)4)等起始原料,按照ㄧ定比例及流程分別調配出二氧化矽溶膠(SiO2 sol)以及掺鍺的二氧化矽溶膠(GeO2-SiO2 sol),然後利用旋轉塗佈(spin coating)的方式在矽基板以及熔融石英玻璃(fused silica)基板上進行覆膜實驗。在覆膜的實驗過程中克服了許多薄膜製作上的問題,諸如單層膜在經過高溫烘烤(baking)之後會產生裂痕(cracks)、鍍出來的膜表面不平有放射狀條紋…等,而得到理想的單層SiO2膜以及GeO2-SiO2膜。
而在製作厚膜的實驗中,我們採取多次鍍膜(Multi-coating)的方式,在每鍍完一層膜後就將樣品放入烤箱低溫烘烤(稱為乾燥(drying)),等鍍到足夠的層數,再將樣品拿進烤箱進行高溫烘烤。目前SiO2膜在最佳的製程條件下可以鍍出四層而不裂的膜;而在GeO2-SiO2膜方面,則最多可鍍到五層而不裂的樣品出來。利用光譜儀以及稜鏡耦合測量儀(prism coupler)來量測這些製作出來的厚膜樣品,結果發現膜的厚度不夠厚,關於膜厚、折射率等光學特性無法確實得知,而目前所能鍍出最厚的GeO2-SiO2膜由於其膜厚仍是不夠厚而無法形成波導。
最後,對於覆膜的樣品進行熱極化處理(thermal poling),熱極化的條件為275 oC,5KV,60min,而熱極化處理完的樣品利用Maker’s fringe裝置來量測其非線性的強度,比較不同覆膜厚度的樣品以及玻璃基板在經由熱極化處理後所產生的非線性強度。從目前的結果觀察,有覆膜的樣品其非線性強度並沒有比基板來得高,無法確認膜上是否有非線性的特性存在。
摘 要 I
誌 謝 辭 II
目 錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2實驗內容 3
1.3文獻回顧 4
第二章 溶膠凝膠法製備薄膜之製程 8
2.1 SOL-GEL之製程介紹 8
2.2 SOL-GEL之理論基礎 10
2.2.1基本原理 10
2.2.2主要影響因素 12
2.3 SOL-GEL製備薄膜 16
2.3.1 Sol-Gel製備薄膜之方式 16
2.3.2實驗所用之覆膜方式 18
2.4實驗流程 19
2.4.1切割及晶片編號 19
2.4.2清洗 20
2.4.3試劑調配 21
2.4.3.1試藥 21
2.4.3.2調配裝置及流程 22
2.4.4薄膜之製備 30
2.4.4.1儀器與設備 30
2.4.4.2薄膜製備流程 30
2.5特性量測 34
2.5.1 膜的表面特性量測 34
2.5.2光譜量測 34
2.5.3非線性光學特性的量測 35
第三章 二次非線性光學特性之測量 36
3.1二次非線性光學的二次諧波產生理論 36
3.2熱極化中心對稱結構晶體產生二次非線性光學之機制 38
3.2.1理論機制 38
3.2.2實驗流程及裝置 41
3.3 MAKER’S FRINGE架設及量測流程 43
第四章 實驗結果與討論 46
4.1 SIO2光學膜的製作及其特性探討 46
4.1.1溶膠的穩定性 46
4.1.2單層光學膜的裂痕 47
4.1.3 Particles以及霧膜的現象 50
4.1.4膜的表面平整問題 52
4.1.4.1膜在基板邊緣回縮效應 52
4.1.4.2放射狀條紋現象 53
4.1.5 Multi-coating流程所產生的裂痕 57
4.1.6良好光學膜的製作及其性質量測 61
4.2 GEO2-SIO2光學膜的製作及其特性探討 65
4.2.1穩定溶膠的製作 65
4.2.2霧膜的現象 67
4.2.3膜的表面平整問題 68
4.2.4 Multi-coating流程所產生的裂痕 69
4.2.5良好光學膜的製作及其性質量測 70
4.3熱極化處理 78
4.3.1各參數定義 78
4.3.2熱極化處理結果 79
第五章 結論與未來展望 83
5.1結果討論 83
5.2未來可繼續進行的實驗 85
A1 ICP-MS量測 87
參 考 文 獻 103
1. 顏珮珍,「摻雜PZT微粉的SiO2光波導材料製作與特性研究」,國立清華大學碩士論文,民國91年
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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