發(fā)布時(shí)間：2020-07-22 08:11

【摘要】：釔鐵石榴石(YIG)薄膜獨(dú)特的磁性能和磁光性能使其在磁振子器件和光隔離器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前納米尺度YIG薄膜研究中,垂直各向異性薄膜和高磁光優(yōu)值薄膜是發(fā)展小型化自旋波器件和集成磁光器件的材料基礎(chǔ),但是YIG薄膜是面內(nèi)易磁化各向異性且磁光效應(yīng)較弱,不滿足器件發(fā)展的需求,本論文通過(guò)對(duì)YIG薄膜的摻雜改性提供解決這些問(wèn)題的一些方案。我們用脈沖激光沉積(PLD)制備了三種摻雜釔鐵石榴石薄膜,研究了它們的結(jié)構(gòu)、磁性能和磁光性能。我們首先在GGG(111)基片上外延生長(zhǎng)了Mn摻雜YIG(Mn:YIG),晶格應(yīng)力的存在以及Mn摻雜YIG薄膜的高磁致伸縮系數(shù)使得磁致彈性(磁彈)各向異性能顯著增加,有效的調(diào)節(jié)YIG薄膜的磁各向異性,在高M(jìn)n摻雜薄膜中得到垂直各向異性,同時(shí)薄膜的鐵磁共振線寬只有65 Oe。進(jìn)一步通過(guò)鐵磁共振(FMR)分析得到Mn:YIG的各項(xiàng)各向異性常數(shù),薄膜的面外各向異性場(chǎng)由YIG中的-644.4 Oe增加到1337.5 Oe。我們也通過(guò)熱應(yīng)力和離子摻雜有效的調(diào)節(jié)了多晶Ce摻雜YIG(Ce:YIG)薄膜的各向異性。用單步沉積法可以制備高質(zhì)量的Dy摻雜Ce:YIG薄膜(DyCe:YIG),X射線衍射儀表明DyCe:YIG薄膜均結(jié)晶成石榴石晶相。Dy摻雜調(diào)節(jié)了Ce:YIG薄膜的磁各向異性,Ce:YIG薄膜的面外飽和磁化場(chǎng)由2820 Oe減小到540 Oe,同時(shí)具有很高的法拉第旋光值,未來(lái)可應(yīng)用于TE模式集成磁光隔離器中。另一方面,通過(guò)在YIG十二面體晶格位引入Ce~(3+)離子摻雜,并調(diào)控材料的Fe~(2+)濃度,實(shí)現(xiàn)了硅集成強(qiáng)磁光效應(yīng),低損耗多晶Ce:YIG磁光薄膜。采用硅基光波導(dǎo)測(cè)量Ce:YIG薄膜的光學(xué)損耗,優(yōu)化了Ce:YIG薄膜的磁光優(yōu)值。我們發(fā)現(xiàn)YIG薄膜中的結(jié)晶狀態(tài)與材料的散射損耗相關(guān),Ce:YIG薄膜的制備氧氣壓會(huì)影響材料中Fe~(2+)離子的存在從而顯著地影響材料的光學(xué)吸收損耗,在50 nm的YIG種子層和10 mTorr O_2條件下制備的Ce:YIG薄膜有著最好的磁光優(yōu)值39.8 deg/d B,為后續(xù)實(shí)現(xiàn)集成磁光隔離器奠定了基礎(chǔ)。最后我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了單向磁場(chǎng)工作的MZI型光隔離器,器件在TM模式下工作在1548 nm波長(zhǎng)處,可獲得最大隔離度22.5 dB,器件的20 dB隔離帶寬約為1 nm,器件的插入損耗約為8 dB,該器件可廣泛應(yīng)用于未來(lái)晶圓級(jí)光學(xué)系統(tǒng)的集成。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O484.4

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