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研究生:林威呈
研究生(外文):Wei-cheng Lin
論文名稱:利用高介電係數材料與高溫製程製作二維非線性光子晶體
論文名稱(外文):Fabrication of nonlinear photonic crystals by using the high permittivity dielectrics and the high temperature processes
指導教授:彭隆瀚
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:光電工程學研究所
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:非線性光子晶體鈮酸鋰準相位匹配
外文關鍵詞:nonlinear photonic crystalQuasi-phase-matchingLiNbO3
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本論文主要可以分為準相位匹配原理的介紹、二維週期性極化反轉非線性光子晶體的製作以及鉭酸鋰的高溫製程等三大部分。
首先,在原理部分,吾人簡略的介紹了非線性頻率轉換,與準相位匹配的原理。
接著,在製程部分,吾人介紹了幾種週期性結構的製作方式,包含利用高介電係數材料作為絕緣層製作週期性結構,與利用表面淺層反轉製作週期性結構,並比較其優缺點。目前,已經成功在厚度500um的鈮酸鋰中製作出週期29.5um二維週期性結構,且有效長度可以達到12mm左右。
最後,在高溫製程部分,吾人在高溫下對鉭酸鋰晶體作高電壓極化反轉,觀察到其矯頑電場隨溫度上升而下降的情況,證實了高溫製程的優點與可行性
This dissertation is organized into three parts: (i)an introduction to the theory of quasi-phase matching,(ii)the fabrication of two-dimensional periodically poled nonlinear crystal(2D NPC) ,and (iii) the high temperature process of lithium tantalate.
At first, the theory of nonlinear frequency conversion and quasi-phase matching is briefly introduced.
And then, several fabrication processes are introduced, including using the high permittivity material as insulator to make periodically poled structure, and using the surface domain inversion to make periodically poled structure. By doing so, a 500um thickness two dimensional periodically poled lithium niobate with 29.5um period and 12mm effective length is made.
Finally, the coercive field of lithium tantalite is observed dramatic decrease in the high temperature fabrication process. It provides the possibility to fabricate thicker 2D NPC at an elevated temperature.
目錄
第一章 緒論 1
1.1簡介 1
1.2非線性材料的比較 2
1.3週期性極化反轉的製作方式 3
1.4論文內容概述 5
第二章 非線性頻率轉換與準相位匹配的原理 6
2.1非線性頻率轉換的發生 6
2.2相位匹配的影響 6
2.3準相位匹配 8
2.4二維空間之準相位匹配 11
第三章 週期性極化反轉結構的設計與製作 14
3.1光罩週期的設計 14
3.2高電壓極化反轉實驗架設 15
3.3高電壓反轉區域的定義方式 17
3.3.1使用絕緣層遮蔽電場選擇反轉區域 17
3.3.2利用表面淺層反轉遮蔽電場選擇反轉區域 18
3.4反轉區域的形成機制 19
3.5反轉區域之觀察 23
3.5.1氫氟酸蝕刻法 24
3.5.2 加熱後利用穿透式光源觀察反轉區域情形 25
3.6利用高介電係數材料作為絕緣層製作二維結構 26
3.6.1絕緣層不同介電係數與厚度對於邊緣電場效應之影響 26
3.6.2 利用氧化鋁與二氧化矽作為絕緣層製作二維結構 28
3.6.2.1氧化鋁與二氧化矽薄膜的製作 28
3.6.2.2高電壓極化反轉實驗結果 31
3.6.3使用燒烤光阻作為絕緣層製作二維結構 33
3.6.4使用氧化鎵作為絕緣層製作二維結構 35
3.7 使用鋰離子外擴散致表面淺層反轉製作週期性結構 36
3.8 各種製程優缺點之比較 38
第四章 高溫下鉭酸鋰高電壓極化反轉之研究 39
4.1 實驗架構 39
4.2 實驗結果 43
第五章 結論與未來展望 48
5.1 結論 48
5.2 未來展望 48
參考資料
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