《用離子注入方法製備光學晶體異質結構的機理研究》是依託山東大學，由盧霏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：用離子注入方法製備光學晶體異質結構的機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：盧霏
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光學晶體異質結構將不同性質的光學單晶結合在一起，可以實現單一晶體無法實現的特殊性能，在光電集成和全光器件研究領域具有巨大的套用潛力。在獲得高性能光學晶體異質結構的方法中離子注入或智慧型切割（smart cutting）方法具有獨特的優勢。然而這種方法在光學晶體上的套用還存在很多困難和挑戰，對材料物理過程的研究和認識的缺乏，是限制這種方法套用的主要原因，而研究注入引起的缺陷和損傷的性質是至關重要的。本項目中我們將從多方面系統地研究離子注入在不同光學晶體中產生的缺陷和損傷的性質，明確光學晶體中缺陷和損傷的性質與實現晶片剝離之間的關係。揭示注入產生的缺陷微結構隨晶體結構和實驗條件變化的演變規律。建立利用控制離子注入和後處理實驗條件獲得光學單晶薄膜的方法。為離子注入剝離晶片在光學晶體材料上的套用提供理論依據，並以此為基礎嘗試在不同襯底材料上實現光學單晶薄膜的剝離和光學晶體異質結構的製備。
結題摘要
本項目“用離子注入方法製備光學晶體異質結構的機理研究”旨在利用離子注入的方法製備單晶光學晶體薄膜，探索製備單晶光學薄膜的新方法。針對目前智慧型切割方法（或晶體離子切割CIS）在光學晶體套用中的局限性，本項目主要研究了離子注入實現薄膜剝離的機理，並首次在重要氧化物光學晶體KTP上獲得了微米厚度的單晶薄膜。研究內容主要包括三個部分： （1）光學晶體離子注入後的晶體結構變化，注入損傷的分布與演變； （2）利用離子注入實現對光學晶體的剝離，獲得微米與亞微米單晶光學晶體薄膜； （3）研究利用晶體離子切割（CIS）已經剝離的光學薄膜製備光學晶體的異質結構。 迄今本項目研究所獲得的的重要結果有： （1）對離子注入LiTaO3晶體的晶體離子切割機理進行了解釋，首次給出了注入後晶體內部的應力分布和氣泡尺寸與內部壓力的對應關係； （2）首次利用離子注入的方法獲得了微米厚度的KTP單晶光學薄膜，並對KTP單晶薄膜的性質進行了分析和表征； （3）採用氫氦兩種離子先後注入KTP的方法，發現了離子注入光學晶體後晶體結構變化的另外一種機制； （4）在智慧型切割(或晶體離子切割)獲得的LiNbO3：SiO2異質結構上製備了光子晶體結構，並對其進行了分析。 主要關鍵數據包括： （1）離子注入實現晶體薄膜的剝離藉助的主要機制是注入後·離子形成氣泡和在晶體損傷區產生的較強的應力。為此我們利用氫氦離子共注LiTaO3的方法分析了注入後LiTaO3晶體損傷區的氣泡形成和應力分布。第一次給出了氣泡尺寸與內部壓力的關係和損傷區的應力(應變)分布。 （2）採用氦離子注入KTP晶體，第一次結合化學刻蝕的方法獲得了厚度為5微米的KTP單晶薄膜 （3）分析KTP晶體不能通過鍵合方法獲得薄膜的原因，提出了第一次提出了離子注入光學晶體後晶體結構變化的另外一種機制：非彈性形變機制。 （4）利用LiNbO3：SiO異質結構製成光子晶體結構。 以上研究內容和成果都是首次報導，尤其是注入後晶體損傷區的應力分布、KTP單晶薄膜的獲得和非彈性機制的提出與解釋，填補了智慧型切割技術在光學晶體套用中的空白。
