在氧化鉛與二氧化矽混合膜平面波導上施以熱極化之研究

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研究生：	陳政營 Cheng-Ying Chen
論文名稱：	在氧化鉛與二氧化矽混合膜平面波導上施以熱極化之研究 Study of Thermal Poling on Mixed PbO-SiO2 Planar Waveguide
指導教授：	趙煦 Shiuh Chao
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 電機工程學系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	99
中文關鍵詞：	氧化鉛與二氧化矽混合膜、熱極化
外文關鍵詞：	PbO-SiO2, thermal poling
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本論文以RF濺鍍系統和氧化鉛靶材在熔融石英玻璃上鍍製薄膜，再經過攝氏650度的熱處理數分鐘。以筆者所查到的文獻得知：（1）鉛氧化物在攝氏550度時，僅存有氧化鉛（PbO）會穩定存在。（2）氧化鉛與二氧化矽在高溫下很容易產生相互擴散（interdiffusion），而形成氧化鉛與二氧化矽共處的玻璃質。利用上述製作方式，筆者成功地在熔融石英玻璃上製作出氧化鉛與二氧化矽混合薄膜。
再利用穿透式光譜儀量測混合薄膜試片之光譜圖，以此光譜圖輸入Essential Macleod薄膜分析軟體計算薄膜折射率與厚度。得知混合膜折射率範圍在1.78426到1.66965之間，薄膜厚度範圍在503.45nm到654.18nm之間。且隨著熱處理時間增加（2.5∼7分鐘），混合膜折射率愈來愈小，厚度愈來愈厚。同樣的試片也以prism coupler進行量測，其混合膜折射率範圍由1.8157降至1.7315，厚度範圍由489.1nm增加至632.2nm。上述結果間接證明，氧化鉛與二氧化矽互相擴散形成混合膜。
將此種方式製作的混合膜以二次離子質譜儀進行縱深分佈分析。發現鍍膜試片確實形成氧化鉛與二樣化矽混合膜，且看出其氧化鉛經由熱處理後的擴散分佈。經由X光薄膜繞射儀量測薄膜繞射圖，發現隨著熱處理時間得增加，薄膜愈趨向非晶形（amorphous）。
將不同熱處理試片以攝氏275度、6kv、30分鐘施以熱極化，再以Maker’s fringe量測S.H.G signal ratio值。與熔融石英玻璃直接施以熱極化的S.H.G signal ratio值比較，其結果無法明確的指出混合膜內是否具有非線性效應。但這不代表薄膜內不具有非線性效應。熱極化混合膜6片（熱處理2.5、3、3.5、4、5.5、6分鐘）試片中，僅發現熱處理3分鐘的試片有非線性衰減的現象。

摘要    I
誌謝辭    II
目次    III
圖表目錄    VI
第1章 緒論    1
1 研究動機    1
2 相關論文回顧與理論    2
3 研究方法    4
第2章 氧化鉛與二氧化矽混合膜之製作及薄膜之熱極化    5
1 RF濺鍍系統簡介    5
2 氧化鉛薄膜之鍍製    7
2.1 基板之準備    7
2.2 濺鍍機操作步驟    9
2.3 RF濺鍍系統製程參數    10
3 以熱處理製作氧化鉛與二氧化矽混合膜    15
3.1 熱處理機制說明    15
3.2 熱處理步驟    18
4 熱極化誘導二階非線性係數    22
4.1 理論機制    22
4.2 實驗流程及裝置    27
第3章 實驗結果與分析    29
1 薄膜熱處理前後Α-STEP膜厚量測分析    29
1.1 α-step原理說明    29
1.2 實驗與量測結果    30
2 薄膜熱處理前後光譜量測分析    32
2.1 光譜儀原理說明    32
2.2 量測結果    33
2.3 以Macleod薄膜分析軟體計算n、k、d    37
3 薄膜熱處理後以稜鏡耦合儀分析    50
3.1 稜鏡耦合儀原理說明    50
3.2 量測結果    53
3.3 不同方法所得薄膜之光學常數n、d的比較分析    57
4 X光薄膜繞射儀分析    60
4.1 X光薄膜繞射儀原理說明    60
4.2 X光薄膜繞射儀量測結果    61
5 薄膜試片以二次離子質譜儀縱深分佈量測    63
5.1 二次離子質譜儀（S.I.M.S）原理說明    63
5.2 薄膜縱深分佈量測結果    66
6 二階非線性係數量測    69
6.1 非線性光學的二階諧波產生理論    69
6.2 Maker’s fringe量測原理說明    71
6.3 量測結果    73
第4章 結論與未來展望    82
1 結論    82
2 未來展望    83
附錄    85
A.鉛玻璃性質    85
A.1鉛玻璃特性    85
A.2鉛玻璃成分    88
A.3鉛玻璃光譜圖    92
A.4鉛玻璃熱極化    94
參考文獻    98

                                

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