Vai ai contenuti. | Spostati sulla navigazione | Spostati sulla ricerca | Vai al menu | Contatti | Accessibilità

| Crea un account

Ciampolillo, Maria Vittoria (2010) Diffusion of Iron in Lithium Niobate for applications in integrated optical devices. [Tesi di dottorato]

Full text disponibile come:

[img]
Anteprima
Documento PDF
19Mb

Abstract (inglese)

In the field of optical signal processing and all-optical integrated devices, photorefractive crystals can be used because of their capability to keep memory of a spatially varying light pattern. Among them, lithium niobate is particularly interesting because
its photorefractive response can be improved or inhibited by adding selected dopants: this opens the possibility of producing an integrated device in a lithium niobate single crystal, where each stage has different properties and different functions according to the doping. In particular, a photorefractive stage can be created by doping with Fe, which is known to enhance photorefractive effect. In the context of integrated devices,
it is necessary to perform a local doping of lithium niobate with Fe, in order to obtain a suitable substrate for photorefractive recording. This thesis deals with the preparation and characterisation of the locally doped crystal, i.e. with an investigation of the preparation conditions and how they affect the crystal quality. Many characterisation techniques, customary in materials science, such as secondary ion mass spectrometry, spectrophotometry and others, have been used and refined specifically for Fe doped lithium niobate. Besides the practical aim to find the best preparation conditions, many basic properties and features of this material have been investigated, leading to an advance in the knowledge of this material, as well as an advance in the usage of characterisation tools.

Abstract (italiano)

Nel campo del trattamento di segnali ottici e dei dispositivi ottici integrati, i cristalli fotorifrattivi sono impiegati per via della loro capacità di mantenere memoria di un pattern di luce. Tra questi, il niobato di litio è particolarmente interessante per via del fatto che la sua risposta fotorifrattiva può essere migliorata o inibita aggiungendo determinati droganti: è quindi possibile produrre, in un cristallo singolo di niobato di litio, un dispositivo integrato in cui ciascuna parte ha differenti proprietà e differenti funzioni a seconda del drogaggio. In particolare, si può realizzare una zona fotorifrattiva drogando con Fe, che come noto aumenta l'eetto fotorifrattivo. Nel contesto dei dispositivi ottici integrati, è necessario drogare localmente con Fe il niobato di litio per ottenere un substrato adatto alla registrazione fotorifrattiva. Questa tesi tratta la preparazione e la caratterizzazione del cristallo drogato localmente, studiando le condizioni di preparazione e come esse in uenzano la qualità del cristallo. Molte tecniche di caratterizzazione abituali in scienza dei materiali, come la spettrometria di ioni secondari, la spettrofotometria ed altre, sono state utilizzate ed affinate specificamente per questo materiale. Accanto all'obiettivo pratico di trovare le migliori condizioni di preparazione, molte proprietà e caratteristiche di base di questo materiale sono state approfondite, progredendo sia nella conoscenza del materiale, sia nell'uso degli strumenti di caratterizzazione.

Statistiche Download - Aggiungi a RefWorks
Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Sada, Cinzia
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 22 > Scuole per il 22simo ciclo > SCIENZA ED INGEGNERIA DEI MATERIALI
Data di deposito della tesi:NON SPECIFICATO
Anno di Pubblicazione:Gennaio 2010
Parole chiave (italiano / inglese):lithium niobate, Fe doping, diffusion, secondary ion mass spectrometry
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 02 - Scienze fisiche > FIS/03 Fisica della materia
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Scienze Chimiche
Codice ID:2922
Depositato il:29 Set 2010 11:22
Simple Metadata
Full Metadata
EndNote Format

Bibliografia

I riferimenti della bibliografia possono essere cercati con Cerca la citazione di AIRE, copiando il titolo dell'articolo (o del libro) e la rivista (se presente) nei campi appositi di "Cerca la Citazione di AIRE".
Le url contenute in alcuni riferimenti sono raggiungibili cliccando sul link alla fine della citazione (Vai!) e tramite Google (Ricerca con Google). Il risultato dipende dalla formattazione della citazione.

[1] P Günter and J. P. Huignard. Photorefractive Materials and Their Applications 1. Springer Science - Business Media, Inc., 2006. Cerca con Google

[2] D. Kip. Photorefractive waveguides in oxide crystals: fabrication, properties, and applications. Appl. Phys. B, 67:131-150, 1998. Cerca con Google

[3] T. Volk and M. Wöhlecke. Lithium niobate. Defects, photorefraction and ferroelectric switching. Springer series in Material Science. Springer, 2008. Cerca con Google

[4] F. Abdi, M. D. Fontana, M. Aillerie, and P. Bourson. Coexistence of Li and Nb vacancies in the defect structure of pure LiNbO3 and its relationship to optical properties. Appl. Phys. A, 83:427-434, 2006. Cerca con Google

[5] O. F. Schirmer, M. Imlau, C. Merschjann, and B. Schoke. Electron small polarons and bipolarons in LiNbO3. J. Phys. Condens. Matter, 21:123201, 2009. Cerca con Google

[6] L. Kovács, G. Ruschhaupt, K. Polgár, G. Corradi, and M. Wöhlecke. Composition dependence of the ultraviolet absorption edge in lithium niobate. Appl. Phys. Lett., 70:2801-2803, 1997. Cerca con Google

[7] J. Frejlich. Photorefractive Materials. Wiley Interscience, 2007. Cerca con Google

[8] J. Carnicero, M. Carrascosa, G. García, and F. Agulló-López. Site correlation eects in the dynamics of iron impurities Fe2+, Fe3+ and antisite defects Nb4+ Li ,Nb5+Li after a short-pulse excitation in LiNbO3. Phys. Rev. B, 72(24):245108, Dec Cerca con Google

2005. Cerca con Google

[9] K. Buse. Light-induced charge transport processes in photorefractive crystals I: Models and experimental methods. Applied Physics B: Lasers and Optics, 64(3):273-291, 1997. Cerca con Google

[10] K. Buse, S. Breer, K. Peithmann, S. Kapphan, M. Gao, and E. Krätzig. Origin of thermal xing in photorefractive lithium niobate crystals. Phys. Rev. B, Cerca con Google

56(3):1225-1235, 1997. Cerca con Google

[11] J. M. Cabrera, J. Olivares, M. Carrascosa, J. Rams, R. Müller, and E. Diéguez. Hydrogen in lithium niobate. Advances in Physics, 45(5):349-392, 1996. Cerca con Google

[12] K. Olimov, M. Falk, K. Buse, T. Woike, J. Hormes, and H. Modrow. X-ray absorption near edge spectroscopy investigations of valency and lattice occupation site of Fe in highly iron-doped lithium niobate crystals. J. Phys.: Condens. Cerca con Google

Matter, 18:51355146, 2006. Cerca con Google

[13] Th. Gog, P. Schotters, J. Falta, G. Materlik, and M. Grodzicki. The lattice position of Fe in Fe-doped LiNbO3. J. Phys. Condens. Matter, 7:6971-6980, 1995. Cerca con Google

[14] L. Rebouta, M. F. Da Silva, J. C. Soares, M. Hage-Ali, J. P. Stoquert, P. Siffert, J. A. Sanz-García, E. Diéguez, and F. Agulló-López. Lattice site of iron in LiNbO3 (Fe3+) by the pixe/channeling technique. Europhys. Lett., 14:557-561, 1991. Cerca con Google

[15] M. G. Clark, F. J. DiSalvo, A. M. Glass, and G. E. Peterson. Electronic structure and optical index damage of iron-doped lithium niobate. J. Chem. Phys., 59(12):6209-6219, 1973. Cerca con Google

[16] B. Dischler, J. R. Herrington, A. Räuber, and H. Kurz. Correlation of the photorefractive sensitivity in doped LiNbO3 with chemically induced changes in the optical absorption spectra. Solid State Communications, 14:1233-1236, 1974. Cerca con Google

[17] H. Kurz, E. Krätzig, W. Keune, H. Engelmann, U. Gonser, B. Dischler, andA. Räuber. Photorefractive centers in LiNbO3 studied by optical, Mössbauer and EPR methods. Appl. Phys,, 12:355-368, 1977. Cerca con Google

[18] M. Falk, J. Japs, T. Woike, and K. Buse. Charge transport in highly iron-doped oxidized lithium niobate single crystals. Appl. Phys. B, 87:119-122, 2007. Cerca con Google

[19] D. Berben, K. Buse, S. Wevering, P. Herth, M. Imlau, and T. Woike. Lifetime of small polarons in iron-doped lithium niobate crystals. J. Appl. Phys, 87(3):1034-1041, 2000. Cerca con Google

[20] S. A. Basun, D. R. Evans, T. J. Bunning, S. Guha, J. O. Barnes, G. Cook, and R. S. Meltzer. Optical absorption spectroscopy of Fe2+ and Fe3+ ions in LiNbO3. J. Appl. Phys., 92(12):7051-7055, 2002. Cerca con Google

[21] J. R. Carruthers, I. P. Kaminow, and L. W. Stulz. Diffusion kinetics and optical waveguiding properties of outdiffused layers in lithium niobate and lithium tantalate. Applied Optics, 13(10):2333-2342, 1974. Cerca con Google

[22] J. L. Jackel, V. Ramaswamy, and S. P. Lyman. Elimination of out-diffused surface guiding in titanium-diffused LiNbO3. Applied Physics Letters, 38(7):509-511, 1981. Cerca con Google

[23] D. Landheer, D. F. Mitchell, and G. I. Sproule. Secondary ion mass spectrometry and auger study of lithium niobate processing for integrated optics. J. Vac. Sci. Technol. A, 4:1897-1900, 1986. Cerca con Google

[24] D. P. Birnie III. Analysis of diffusion in lithium niobate. J. Mat. Sci., 28:302 315, 1993. Cerca con Google

[25] G. J. Griffiths and R.J. Esdaile. Analysis of titanium diused planar optical waveguides in lithium niobate. IEEE Journal of Quantum Electronics, QE- 20(2):149-159, 1984. Cerca con Google

[26] D. Kip, B. Gather, H. Bendig, and A. Krätzig. Concentration and refractive index proles of titanium- and iron-diused planar LiNbO3 waveguides. Phys. Stat. Sol. A, 139:241-248, 1993. Cerca con Google

[27] A. I. Bashkirov and V. M. Shandarov. Investigation of optical waveguides obtained in lithium niobate by diffusion of iron. Zh. Tekh. Fiz., 59:66-69, 1989. Cerca con Google

[28] M. A. McCoy, S. A. Dregia, and W. E. Lee. Evolution of phases and microstructure in optical waveguides of lithium niobate. J. Mater. Res., 9(8):2040-2050, 1994. Cerca con Google

[29] M. A. McCoy, S. A. Dregia, and W. E. Lee. Crystallography of surface nucleation and epitaxial growth of lithium triniobate on congruent lithium niobate. J. Mater. Res., 9(8):2029-2039, 1994. Cerca con Google

[30] C. Canali, M. N. Armenise, A. Carnera, M. De Sario, P. Mazzoldi, and G. Celotti. Effects of water vapour on TiO2, LiNb3O8 and (TixNb1-x)O2 compound kinetics Cerca con Google

during Ti:LiNbO3 waveguide fabrication. SPIE Processing of Guided Wave Optoelectronic Materials, 460:34-41, 1984. Cerca con Google

[31] R. Mouras, M. D. Fontana, P. Bourson, and A. V. Postnikov. Lattice site of Mg ion in LiNbO3 crystal determined by Raman spectroscopy. J. Phys.: Condens. Matter, 12:5053-5059, 2000. Cerca con Google

[32] R. Mouras, P. Bourson, M. D. Fontana, and G. Boulon. Raman spectroscopy as a probe of the rare-earth ions location in LiNbO3 crystals. Optics Communications, 196:439-444, 2001. Cerca con Google

[33] A. Ridah, P. Bourson, M. D. Fontana, and G. Malovichko. The composition dependence of the Raman spectrum and new assignment of the phonons in LiNbO3. J. Phys.: Condens. Matter, 9:9867-9693, 1997. Cerca con Google

[34] Y. Zhang, L. Guilbert, P. Bourson, K. Polgár, and M. D. Fontana. Characterization of short-range heterogeneities in sub-congruent lithium niobate by micro-Raman spectroscopy. J. Phys.: Condens. Matter, 18:957-963, 2006. Cerca con Google

[35] Y. Zhang, L. Guilbert, and P. Bourson. Characterization of Ti:LiNbO3 waveguides by micro-Raman and luminescence spectroscopy. Appl. Phys. B, 78:355-361, 2004. Cerca con Google

[36] M. Tsirlin and M. Dariel. Some peculiarities of Ti in-diffusion in lithium niobate. Cryst. Res. Technol., 42(7):678-683, 2007. Cerca con Google

[37] H. Nagata, T. Sakamoto, H. Honda, J. Ichikawa, E. M. Haga, K. Shima, and N. Haga. Reduced thermal decomposition of OH-free LiNbO3 substrates even in a dry gas atmosphere. J. Mater. Res., 11(8):2085-2091, 1996. Cerca con Google

[38] M. Cochez, M. Ferriol, P. Bourson, and M. Aillerie. Influence of the dopant concentration on the OH absorption band in Fe-doped LiNbO3 single-crystal fibers. Optical Materials, 21:775-781, 2003. Cerca con Google

[39] I. Mnushkina. Properties of lithium niobate, chapter Iron-doped boules of LiNbO3. INSPEC, The Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom, 2002. Cerca con Google

[40] J. P. Nisius and E. Krätzig. Stabilization of Fe2+ centers in LiNbO3 waveguides. Solid State Communications, 53(9):743-746, 1985. Cerca con Google

[41] M. Falk and K. Buse. Thermo-electric method for nearly complete oxidation of highly iron-doped lithium niobate crystals. Appl. Phys B, 81(6):853-855, 2005. Cerca con Google

[42] D. Kip and J. Hukriede. Infrared Holography for Optical Communications, volume 86 of Topics in Applied Physics, chapter Holographic reflection filters in photorefractive LiNbO3 channel waveguides. Springer Berlin / Heidelberg, 2003. Cerca con Google

[43] B. K. Das, R. Ricken, V. Quiring, H. Suche, and W. Sohler. Distributed feedback - distributed Bragg reflector coupled cavity laser with a Ti:(Fe:)Er:LiNbO3 waveguide. Optics Letters, 29(2):165-167, 2004. Cerca con Google

[44] R. G. Wilson, F. A. Stevie, and C. W. Magee. Secondary Ion Mass Spectrometry. John Wiley & Sons, 1989. Cerca con Google

[45] M. H. Yang and R. Odom. Accurate modeling of residual recoil-mixing during SIMS measurements. Mater. Res. Soc. Symp. Proc, J4.16:669, 201. Cerca con Google

[46] L. C. Feldman and J. W. Mayer. Fundamentals of surface and thin lm analysis. North Holland eds., 1975. Cerca con Google

Download statistics

Solo per lo Staff dell Archivio: Modifica questo record