文档介绍：硕士学位论文

SiC 晶体电光特性及飞秒激光改性研究

RESEARCH ON ELECTRO-OPTIC PROPERTIES
AND FEMTOSECOND LASER MODIFICATION OF
SiC CRYSTAL

高胜英

哈尔滨工业大学
2012 年 7 月
国内图书分类号:O734+.1 学校代码:10213
国际图书分类号:530 密级:公开

理学硕士学位论文

SiC 晶体电光特性及飞秒激光改性研究

硕士研究生:高胜英
导师:高仁喜副教授
申请学位:理学硕士
学科:光学
所在单位:理学院
答辩日期:2012 年 7 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: O734+.1 University Code: 10213
: 530 Security: Open

Dissertation for the Master’s Degree in Science

RESEARCH ON ELECTRO-OPTIC PROPERTIES
AND FEMTOSECOND LASER MODIFICATION OF
SiC CRYSTAL

Candidate: Gao Shengying
Supervisor: Associate Prof. Gao Renxi
Academic Degree Applied for: Master of Science
Speciality: Optics
Affiliation: School of Science
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
摘要
碳化硅(SiC)晶体具有宽带隙(可见光到近红外光波段透过率高)、高杨氏模量
和高硬度、以及高光损伤阈值等特性,使得制备的 SiC 晶体器件工作波长范围比
晶体 Si 器件工作波长范围(>)宽、机械稳定性高,特别适合于高温高压以
及高功率强激光等恶劣环境中应用。因此,SiC 晶体不仅是一种良好的半导体电子
器件材料,还是一种性能优异的光学材料。然而目前对该晶体的研究主要集中在
电学方面的应用,很少涉及光学方面的性质。本文在研究 SiC 晶体的电学效应和
光学效应的基础上,探索基于 6H-SiC 晶体的电光调制器的可行性,深入研究
6H-SiC 的电光性质,从而为高温电光调制提供一种优质的材料。
本文选取 6H-SiC 作为研究材料,基于折射率椭球理论,分析 6H-SiC 晶体在
不同运用方式下的电光延迟。实验中选用波长为的氦氖激光,采用激光
偏振相位延迟法测量晶体不同通光方向和不同电场方向所引起的折射率变化,进
而计算出相应的半波电压以及 Pokels 电光系数。从而进一步丰富 6H-SiC 的晶体参
数数据库,对后续的研究工作提供指导作用。
研究了飞秒激光与 6H-SiC 相互作用机理,分析其对晶体表面改性之后光电导
的变化情况。实验发现经过飞秒激光表面改性之后,对于 6H-SiC 的光电导有很强的
增益作用,即在同等电压作用下,光电流放大十倍左右。利用 6H-SiC 晶体的飞秒
激光微加工的技术,在 6H-SiC 晶体表面和内部制备出高质量光栅,并在 1300℃高
温环境下进行高温退火。6H-SiC 晶体退火前后,光栅参数无明显变化,即基于
6H-SiC 制备的光栅适宜在高温环境下使用,可广泛应用于高温环境下的光学处理、
光学衍射、光学传感等。
在高温环境下,利用我们所制作的光栅进行传感实验。随着温度从室温到
240℃范围内的变化,光栅参数与温度具有良好的线性关系。这样不仅提供了高温
遥测传感的另外一种方式,而且将碳化硅晶体耐高温的特性和光学特性有机的结
合到一起,为碳化硅高温环境下光学方面的应用提供了可能。

关键词:SiC 晶体;电光特性;飞秒激光改性;微加工

I
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
Abstract
Silicon carbide ( SiC ) crystal, with unique characteristics of wide b