光波导的制备
12.3 薄膜制备
12.3.5 离子注入法 (Ion implantation)
将重离子或者轻离子（技术及性质有一定差别）加速后注入事 先制作好的晶体或者其他材料中，注入位置的性质（包括折射率） 发生变化，并呈一定分布。 轻离子使折射率下降 （He +、Li + ） 一般重离子使折射率增加（Si+、P+）
也使系统工作不稳定。
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第12章 光波导的制备
12.3 薄膜制备
12.3.3 中频、射频磁控溅射法 MFMS、RFMS
10～80kHz 、十几～几十MHz
直流偏压
双靶溅射。溅射过程中的每 氩气
氧气
个靶在一个溅射周期内先后承
担阴/阳、阳/阴极的作用，正负
样品 架
真 空
离子交替轰击靶面。
室
绝缘靶材或导电性很差的非金 属靶材，如陶瓷、玻璃等，一般
沉积系统示意图
优点：适用于多组元化合物的沉积；可以蒸发金属、半导体、陶
瓷等无机材料，有利于解决难熔材料的薄膜沉积问题；能够可控沉
积高质量纳米薄膜；换靶装置便于实现多层膜及超晶格的生长。
缺点：沉积的薄膜中有时会有熔融小颗粒或靶材碎片，在激光烧
蚀过程中喷溅出来，这些颗粒的存在降低了薄膜的质量。
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第12章 光波导的制备
优点：适用范围广，100多种光学材料；
可以形成“晶体”波导，晶体保持原有的属性；
在常温或低温下完成；
准确控制光波导的特征参数；
重复性好；
可以与其它技术相结合等等。
缺点：对波导材料有损伤，需要退火处理。
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第12章 光波导的制备
12.3 薄膜制备
12.3.6 薄膜制备的化学方法 （CVD)
利用气态的前驱反应物质在气态 条件下通过原子分子间的化学反应 生成固态物质沉积在基体表面，进 而制得固体材料的工艺技术。
激光器：准分子激光器，如KrF (248nm)、
ArF(193nm)。高功率激光束聚焦于靶体材
激光器
料表面，使靶体材料表面产生高温及熔蚀， 石英窗
并进一步产生高温高压等离子体(T>104K)，
样品台旋转电机
真 空 室
各种靶
这种等离子体定向局域膨胀发射并在衬底上
沉积而形成薄膜。
图12.10 脉冲激光 靶旋转电机
等离子
等离子
都用射频溅射法。
溅射靶
N
S
溅射靶 N
永久 磁铁
优点：消除直流溅射中阳极消
S
N
S
失现象，过程稳定。薄膜缺陷密 图12.7 中频磁控溅射系统示意图
度小、致密、附着力强。
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第12章 光波导的制备
12.3 薄膜制备
12.3.4 脉冲激光沉积法 PLD (Pulsed laser deposition)
卧式开管CVD装置示意图
其它方法
离子交换法 Ion Exchange 热扩散法Thermal Diffusion 聚合法 Polymerization 外延生长法Epitaxial Growth 溶胶凝胶法 Sol Gel等。
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第12章 光波导的制备 12.3 薄膜制备
12.3.7 薄膜的退火
12.1 概述
12.2 光纤制造 12.3 薄膜制备 12.4 薄膜的表征 12.5 三维光波导制作
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第12章 光波导的制备 12.1 概述
图12.1 光纤结构示意图
图12.2 平面光波导示Байду номын сангаас图
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第12章 光波导的制备 12.2 光纤制造
通信用光纤大多由石英玻璃材料组成。 (1) 光纤预制棒制造 沉积技术
累成膜。
图12.6 直流磁控溅射装置示意图
优点：设备较为简单，溅射速率快，薄膜与衬底间的附着力较大。
缺点：不能独立地控制各个工艺参数，要求溅射靶是导体材料。有时溅
射靶表面可能被氧化，产生一绝缘层。如制备Er:Al2O3薄膜，溅射靶为嵌入 铒的铝板，通氧气，如果溅射铝靶表面氧化一层Al2O3，这将导致靶“中 毒”。在绝缘层上聚集大量带电粒子，产生辉光放电，既影响了薄膜质量，
• 内容
第1章 电磁场理论 第2章 几何光学 第3章 光波导几何分析 第4章 薄膜波导模式理论 第5章 三维光波导 第6章 光纤模式理论 第7章 电磁场分析的有限元法 第8章 模式耦合理论 第9章 无源光器件 第10章 有源光器件 第11章 光子晶体波导 第12章 光波导的制备
第12章 光波导的制备
薄膜样品制备之后，通常需要 进行必要的退火处理。
退火可以使材料更均匀致密，减少 光学损耗；消除注入损伤。
对于有源薄膜，可改变薄膜的光致 发光特性。所以退火对掺Er薄膜材料的 发光性能是至关重要的。
高温炉中退火 激光退火
图12.13 激光退火、热 退火Er3+的PL谱比较
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第12章 光波导的制备 12.4 薄膜的表征
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第12章 光波导的制备
12.3 薄膜制备
12.3.2 直流磁控溅射法 DC Magnetron Sputtering
工作气体：氩气
在溅射靶和阳极之间加上电压，则在 两极间的气体原子被大量电离，Ar+ 和e。
具有高能量的Ar+与溅射靶撞击过程中 释放能量，结果导致靶材上的表面原子获
得能量，脱离溅射靶的束缚飞向衬底，积
(2) 光纤拉丝
外包层技术
图12.3光纤预制棒制造工艺示意图
MCVD：modified chemical vapour deposition
PCVD：plasma-activated chemical vapour deposition
OVD：outside vapour phase deposition
12.4.1 X射线衍射仪(XRD)
属做成电极并利用电弧放电的加热方式，
以及将激光束照射到蒸发物质表面产生
高温的加热方式等。
图12.5 蒸发法沉积薄膜示意图
优点：沉积速度快、薄膜纯度好。
缺点：沉积层与衬底的附着力较小，特别是沉积多元合金薄膜时由 于不同物质的蒸发率不同等，导致沉积后的薄膜与设计的成分有所偏差。 可通过提高蒸发物质的纯度，降低加热装置、蒸发舟等产生的污染，来 保障薄膜的纯度和质量。
VAD：vapour phase axial deposition
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第12章 光波导的制备
12.3 薄膜制备
12.3.1 蒸发法TE (Thermal Evaporation)
高真空(10-1～10-5Pa)
采用电阻加热式，还可以采用偏压
电场加速电子束后轰击蒸镀物质表面产
生高温的加热方式，把一些熔点高的金
