Abstract
摘要 本論文主要研究在Y-cut 5% mole MgO-Doped LiNbO3晶體上，透過一維與二維之Electric-Field Poling的方式，製作一階(first-order)準相位匹配(Quasi-Phase-Matched,QPM)二次諧波倍頻產生(Second-Harmonic-Generation,SHG)之表面週期性鐵電域的結構，並將晶體表面製作波導，用以產生倍頻藍光。 在室溫下，將Electric-Field Poling後的晶體透過HF+2HNO3 (體積比)酸蝕刻的方式，可觀察出Y面上週期性鐵電域的結構，並利用磨邊與酸蝕刻的技術，觀察出Z面上週期性鐵電域的結構，綜合兩者所觀察的情形，可發現1D Electric-Field Poling所產生週期性鐵電域之週期與深度分別為3.8um、1um；而2D Electric-Field Poling所產生週期性鐵電域之週期與深度分別為3.6um與1.5um。將鐵電域長度的量測結果經由計算，找出效率修正的因數，經由這些因數修正，得知以2D Electric-Field Poling技術製作的元件所產生的倍頻藍光功率與效率皆明顯高於以1D Electric-Field Poling技術製作的元件。 比較晶體在Electric-Field Poling前後之I-V特性，發現晶體在Electric-Field Poling之前，只會有電容效應，而沒有漏電流，而在Electric-Field Poling後卻有漏電流的情形，這現象可以解釋為何晶體在Electric-Filed Poling的過程中，Poling電流所造成的電荷數遠大於產生週期性鐵電域所需的電荷數。 Electric-Field Poling後的晶體在其表面製作週期性Ta質子交換(protron-exchange)遮罩層。再利用焦磷酸，進行質子交換並將晶體回火(annealing)，用以製作APE(annealed protron-exchange) channel波導。透過prism coupling的量測可知波導的深度約為2.4um，將晶體浸入 酸後，可測得波導的寬度約為7um。 透過鈦藍寶石雷射調整波長的功能以及簡單的基本光學架設，可將基頻光（紅外光）耦合至波導中，使基頻光在波導中通過5mm長度之週期性鐵電域區域後產生倍頻光(藍光)。測試由1D Electric-Field Poling再製作上波導後之晶體，以及2D Electric-Field Poling再製作上波導後之晶體，可計算出兩者所產生的倍頻藍光功率比為1：45，而其效率比為1：26，與先前預估以不同Electric-Field Poling方式所產生的功率與效率會有明顯差異之推論相同。 將較高功率密度(Power Density) 之基頻光，打入具有週期性鐵電域結構的Y切摻雜氧化鎂之鈮酸鋰波導；較低功率密度之基頻光，打入Z切之鉭酸鋰晶體中一段時間，可觀察到Y切摻雜氧化鎂之鈮酸鋰波導所產生之倍頻功率衰減程度比Z切之鉭酸鋰晶體小，此結果說明Y切摻雜氧化鎂之鈮酸鋰晶體對於Photorefractive damage的抵抗性較Z切之鉭酸鋰晶體佳。