Fabricación de guías de onda planas y acanaladas en LiNbO3 mediante difusión de Zn desde la fase vapor
Author
Nevado Pérez, RubénAdvisor
Lifante Pedrola, GinésEntity
UAM. Departamento de Física de MaterialesDate
2000-07-05Subjects
Metales de tierras raras - Tesis doctorales; Niobato de litio - Propiedades ópticas - Tesis doctorales; FísicaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física de Materiales. Fecha de lectura: 05-07-2000Abstract
En el presente asistimos a un incremento espectacular en la demanda de transmisión de información por parte de la sociedad. Esta viene determinada por la importancia de las nuevas tecnologías como intemet, telbfonos celulares etc. que para ser más efectivas necesitan de una cantidad cada vez mayor de datos transmitidos por segundo. Aunque se están poniendo a punto distintas ideas basadas en el cable telefónico (líneas DSL, y ADSL con una capacidad de l .S Mbls), en el cable coaxial (40 Mbls), sistemas de satélites (del orden de decenas de Mbls) y sistemas de transmisión :? por microondas (155 Mbls), todas ellas usan en algún momento la fibra óptica,* que gracias a que la frecuencia de la luz (10'~H z) es muy superior a la de las ondas de radio y las miaoondas, hace posible una modulación mucho más rápida, aportando una
mayor capacidad de transmisión (100 Gbls).
El procesado de la luz en las comunicaciones ópticas requiere de Iáseres,
moduladores, detectores ..., que en óptica integrada se combinan en un único substrato
siendo conectados unos con otros mediante guías de onda. El volumen del equipo
resultante es de unos pocos cm', y presenta una alta resistencia a variaciones de temperatura y a vibraciones mecánicas. Entre los materiales inorgánicos de interks en el área de la óptica integrada destaca el LiNbO, gracias a sus altos coeficientes piezoeléctricos, electroópticos y no lineales. Adicionalmente, ofrece la posibilidad de incorporar dopantes ópticamente activos que pueden convertirlo en un material láser. Debido a estas propiedades, se han desarrollado técnicas de fabricación de guías de onda en este material con bajas pérdidas. Por otro lado, las guías de onda permiten alcanzar intensidades mayores que en el volumen, lo que aumenta la eficiencia de los procesos no lineales y favorece las posibles aplicaciones en óptica no lineal.
Hoy en día existen tres témicas estándar de fabricación de guias de onda en L i w . Estas son el intercambio protónico, la implantación iónica y la difusión de Ti. El intercambio protónico consigue ñibricar guías con una alta resistencia al efecto fotomfractivo, pero tan &lo se forma guía en el índice extraordinario del LiNb03. La implantación iónica por otra parte, produce guias tanto en el índice ordinario y extraordinario, pero la necesidad de contar con un acelerador lineal encarece la técnica de forma importante. Finalmente, la difusión de Ti tambi6n logra guias en ambos índices de refracción con unas pérdidas de propagación muy bajas, pero con el inconveniente de ser muy sensibles al efecto fotorrefractivo, haciéndolas útiles Únicamente a longitudes de onda por encima de 1 pm. Además, las altas temperaturas necesarias para llevar a cabo la difusión de Ti (-1 100 OC), cercana a la temperatura de Curie del LiNbO3, afecta a la estructura de dominios del cristal. El objetivo del presente trabajo ha sido el desarrollo de un proceso de
fabricación de guias de onda en LiNb03 por difusión de Zn desde la fase vapor, que
produzca unas guías con una calidad óptica comparable a los métodos estándar.
salvando algunos de los inconvenientes previamente mencionados.
Esta memoria consta de tres secciones: La sección 1 es una introducción que incluye dos capítulos; el primer capitulo se centra en las propiedades ópticas y estructurales del LiNbO3, y en el segundo capítulo se resume la teoría de la propagación de luz en guías de onda planas, y se presentan brevemente las características propias de cada una de las técnicas de fabricación mencionadas previamente. La sección 11 consta de dos capítulos donde se explican las Técnicas Experimentales utilizadas para llevar a cabo este trabajo. El capítulo 3 muestra las técnicas Ópticas de caracterización de guías de onda que hemos utilizado, así como el sistema experimental empleado para la fabricación de las guias y los procesos llevados a cabo para conseguir guías acanaladas. El cuarto capítulo está dedicado a las técnicas de análisis de materiales; se presenta una descripción de la Espectrometria de Retrodispersión de Rutherford (RBS), de la Espectrometna de Masas de Iones Secundarios (SIMS), de un Microscopio Electrónico de Barrido (SEM) y de un perfilómetro.
La tercera sección esth dedicada a los Resultados obtenidos. El capítulo 5 se
centra en el estudio de las guias de onda obtenidas por difusión de Zn en una sola etapa; se estudian las características ópticas y estructuraies de estas guías, y se determina cual es el resultado de llevar a cabo un proceso de este tipo sobre substratos de LiNba. En el sexto capitulo se propone un nuevo método de fabricación de guias de onda en L i M basado en un proceso de difisión de Zn en dos etapas, y analizan los resultados de la caracterización de las guias producidas. Finalmente se acomete la fabricación y caracterización de guias de onda acanaladas (capítulo 7).
Por último, se incluye un apartado de conclusiones donde se señalan las ,*
aportaciones más relevantes del trabajo realizado.
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