1、隨著集成光學領域理論和實驗技術的進步，基于鈮酸鋰晶體及波導的集成光子器件在科研和工程上的應用受到人們越來越多的關注。
　　鈮酸鋰(Lithium niobate，LiNbO3,LN)是一種鐵電氧化物晶體，它在可見光到中紅外波段具有優(yōu)異的電光、聲光及非線性光學性能，是一種常用的集成光學光波導材料。鈮酸鋰可以通過電場極化在晶體中形成周期極化翻轉結構，避免相位匹配中不同偏振光的走離效應，提高非線性過程的轉換效率。周期極化反轉結構與鈮酸鋰

2、二維條形光波導結合可以制備出高轉換效率的非線性器件，在許多領域，如量子信息處理、激光波長轉換等都具有應用價值。本文主要研究碳離子注入周期性極化鈮酸鋰(Periodically Poled LiNbO3,PPLN)脊形波導的非線性產生及其性能。
　　離子注入(Ion Implantation)可以在鈮酸鋰晶體上制備出平面光波導。注入離子可以調制鈮酸鋰晶體注入區(qū)域的折射率，從而形成多種光波導結構。在已經發(fā)表的有關離子注入鈮酸鋰波導二階

3、非線性的研究結果中，氧(O)離子注入鈮酸鋰條形波導在980nm波長附近實現(xiàn)了二次諧波產生，但是具有很高的傳輸損耗，波導的歸一化系數(shù)為34.5％/(W.cm2)。由離子注入造成的樣品晶格損傷可通過后續(xù)的退火處理來降低，從而達到進一步提高樣品非線性轉換效率的目的。
　　脊形波導結構因為良好的限光能力和較小的模式體積而具備高的轉換效率。鈮酸鋰中制備脊形波導結構主要通過濕法刻蝕、干法刻蝕等方法實現(xiàn)。濕法腐蝕利用了鈮酸鋰在氫氟酸溶液中的各向

4、異性腐蝕特性，通過掩膜遮擋實現(xiàn)高質量的微結構制備。干法刻蝕主要有離子束銑(Ion Beam Milling)、反應離子蝕刻(Reactive Ion Beam Etching)以及聚焦離子束刻蝕(Focused Ion Beam Etching)等方法。最近十幾年的研究表明金剛石刀精密切割技術(Precise Blade Dicing)也可以在鈮酸鋰晶體表面制備出低損耗的脊形波導結構。這也是本文所采用的方法。
　　本論文研究高能碳

5、離子注入和金剛石刀切割法在周期性極化鈮酸鋰晶體上形成脊形光波導，通過光纖波導耦合研究鈮酸鋰波導的二次諧波產生效率和傳輸損耗，為鈮酸鋰集成光器件的發(fā)展提供新的研究思路。主要研究結果如下:
　　1、15MeV碳離子注入的周期性極化鈮酸鋰波導
　　選用碳(C)離子作為注入離子，注入能量15MeV。利用金剛石切割法在摻鎂的鈮酸鋰晶體上制備出周期性極化鈮酸鋰波導。搭建光纖波導耦合平臺，系統(tǒng)研究了不同退火條件后波導的二次諧波波長、轉換效

6、率以及波導的損耗。
　　研究結果表明脊形波導在1600nm（基頻光）附近產生二次諧波，測量得到的脊形波導的最高轉換效率為77.9％/W/cm2，這個效率已經可以與商用質子交換鈮酸鋰器件相媲美。
　　2、4/7.5MeV碳離子注入的周期性極化鈮酸鋰波導
　　選取4MeV和7.5MeV的C離子同時注入鈮酸鋰樣品內，再通過金剛石切割技術制備周期極化鈮酸鋰脊形波導。通過反射法測量了波導二階非線性系數(shù)（d33）在深度方向上的分布