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Tesis

Fabricación de guías de ondas en cristales de niobato de litio

2006



Título Fabricación de guías de ondas en cristales de niobato de litio
Nombre Nesprías, Francisco J. G.
Licenciado en Física Universidad de Buenos Aires Argentina
Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales UNSAM
Directores Ing. Fischer Maximiliano.
Dr. Debray Mario.
. CNEA Centro Atómico Constituyentes
Fecha Defensa 20/06/2006
Jurado

Código Código IT IT/T--104/06

Resumen

Los temas tratados en el presente trabajo están orientados a la fabricación y caracterización de guías ópticas planas en cristales de Niobato de Litio (LiNbO3).
Se utilizaron dos métodos para fabricar ondas planas: difusión de protones e implantación iónica. Utilizando haces de iones de 16O a 5, 10 y 13 MeV de energía provistos por el acelerador Tandar y dosis entre 0,7 y 1,4.1014 16O/cm2 se obtuvieron guías de onda planas a temperatura ambiente en cristales de LiNbO3. La energía de irradiación en cada caso se estableció mediante el programa de cálculo Monte Carlo SRIM2004. Las profundidades de las guías son entre 2.7 µm y 3.5 µm.
Se diseñó y construyó un dispositivo para la irradiación de muestras en alto vacío. El mismo permite posicionar y mover en forma controlada las muestras frente al haz y obtener una distribución aproximadamente homogénea (±10 por ciento) de los iones implantados, manteniendo fijo el haz. La caracterización de muestras se realizó mediante el método de acoplamiento con prisma (también llamado ""m dark line""). Utilizando luz de láser de 633 nm y un prisma de rutilo se comprobó la existencia de una sola línea oscura para el modo extraordinario (TE), es decir, guías de propagación monomodo para esta longitud de onda. En su implementación se fabricó un dispositivo para obtener un buen contacto óptico; es decir, que permitiera el acople entre el cristal de Novato de Litio y el prisma de rutilo.
Se aplicó un método cálculo numérico para obtener el perfil del índice de refracción en la guía de onda y se corroboraron los resultado con los experimentos."

Complete Title

Abstract

This work deals with topics related to fabrication and characterization of planar optical waveguides (WG) built in Lithium Niobate (LiNbO3) crystals. Two techniques were employed to manufacture plane WG: Annealed Proton Exchange (APE) and Ion Implantation. Plane WG in lithium niobate were obtained at room temperature using 16O ion beams of 5, 10 and 13 MeV, delivered by Tandar accelerator, having doses that range between 0,7 an 1,4. 1014 16O/cm2. Radiation energy was determined by Montecarlo simulations using SRIM2003 software. Waveguide depths fell between 2.7 and 3.5 µm.
A motorized sample holder was designed and built for high-vacuum irradiation, in order to be able to electronically position and move samples up and down facing the fixed beam, achieving a nearly homogeneous (±10 per cent) distribution of implanted ions.
Sample characterization was carried out by means of prism coupling method (also called ""m dark line""), using a 633nm laser and a rutile prism. A unique dark line was found for the extraordinary mode (TE), i.e. monomode propagation waveguides for operation wavelength. A suitable set-up was fabricated for achieving good optical contact, in other words, a device that allowed optical coupling between lithium niobate and rutile prism.
A numerical method was used to get the refraction index profile inside the Wg and to verify the experimental results.

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