[发明专利]通过液相外延生长的M1-xNxTiAst-aPaO5波导

说明书

本发明涉及一种通过液相外延制成的新型光波导，它包括在MTiAs_1-（a+b）P_a+bO₅基片上的M_1-XN_XTiAs_1-aP_aO₅膜。

长期以来，磷酸钛氧钾（KTiOPO₄）一直被认为是供多种重要的光学和电光学用途使用的理想材料。光通讯系统的基本元件是光波导，它发送光波或者将光波从一个地方导向另一个地方，用来联结集成光路中的各个部件。

美国专利4766954（Bierlein等人，1988年8月30日授予专利权）公布了一种用于制造光波导的离子交换方法，具体作法是，使K_1-XRb_XTiOMO₄（式中X是0至1，M是P或As）单晶体与Rb、Cs或Tl的熔触盐接触足够长的时间，以提高相对于起始晶体的表面折射率。

美国专利4740265（Bierlein等人，1988年4月26日授予专利权）要求保护的是用上述专利的方法制成的波导及其在光波导装置中的应用。

Bierlein等人公布了利用离子交换法制造的在KTiOPO₄中的平板式和通道式光波导的构成和特性，见Appl.Phys.Lett.，Vol.50，No.18，pp1216-1218，May4，1987。

美国专利3998687（Ballman等，1976年12月21日授予专利权）公布了一种用于光波导的液相外延生长方法，该方法包括使用特定助熔剂系统制造由钽酸锂基片上的铌酸锂膜。

Bierlein等人讨论了助熔剂生长的KTiOAsO₄的线性和非线性光学性质，见Appl.Phys.Lett.，Vol.54，No.9，pp.783-785，February 27，1989。

Morris等人讨论了非线性光学晶体KTiOPO₄中的缺陷，并把它的离子电导性能和损伤敏感性与用于生长的具体方法和条件联系起来，见Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，Vol.152，pp.95-101（1989）。

在KTiOPO₄中的波导主要由通过离子交换法形成的阳离子固溶体K_XM_1-XTiOPO₄构成，式中的M可以是铷、铯或者铊。KTiOPO₄的离子电导率依晶体生长方法和杂质的情况而明显地改变，这就增加了元件制造工艺过程的难度，并使产量降低。离子电导率的这种宽的变化性是一个难以解决的问题，它可能会限制高效波导倍增装置的开发研制。由于离子交换方法固有的扩散本质，通常，离子交换的波导呈现出沿一个轴线散布的折射率分布，据认为，这些元件的性能出现偏差的原因就在于此。这种类型的折射率分布，尽管可以满足许多用途的需要，但在光学领域的界限内其效用较差，从而使这些元件不大适用于诸如产生波导二次谐波之类的用途。

因此，本发明的一个目的是，提供具有充分限定的阶梯状折射率分布的光波导。

本发明的另一目的是提供一种光波导，其中，由于传导率而造成的散布性不会明显地影响其波导性能。

本发明还有一个目的是，提供一种制造具有上述性能的波导的液相外延方法。

本发明包括由在MTiAs_1-（a+b）P_a+bO₅基片上的均匀的M_1-XN_XTiAs_1-aP_aO₅膜构成的光波导，其中：

M和N各自独立地是钾、铷、铯或铊;

a是0至1;

b大于0、小于或等于（1-a）;

（a+b）大于0、小于或等于1;

X是0至1;

上述膜相对于所述的基片是异质外延的;所述膜的折射率比所述基片的折射率大至少约0.001;其条件是，当M或N是铷时，膜中的铷的浓度等于其在基片中的浓度。