电场辅助离子迁移过程中离子迁移深度模型

王国强; 郝寅雷; 李宇波; 杨建义; 江晓清; 周强; 王明华

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

电场辅助离子迁移过程中离子迁移深度模型

王国强, 郝寅雷, 李宇波, 杨建义, 江晓清, 周强, 王明华

文章导航 > 红外与激光工程 > 2014 > 43(3): 818-822

王国强, 郝寅雷, 李宇波, 杨建义, 江晓清, 周强, 王明华. 电场辅助离子迁移过程中离子迁移深度模型[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(3): 818-822.

引用本文:

王国强, 郝寅雷, 李宇波, 杨建义, 江晓清, 周强, 王明华. 电场辅助离子迁移过程中离子迁移深度模型[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(3): 818-822.

Wang Guoqiang, Hao Yinlei, Li Yubo, Yang Jianyi, Jiang Xiaoqing, Zhou Qiang, Wang Minghua. Modeling of ion migration depth in field-assisted ion-migration[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(3): 818-822.

Citation:

Wang Guoqiang, Hao Yinlei, Li Yubo, Yang Jianyi, Jiang Xiaoqing, Zhou Qiang, Wang Minghua. Modeling of ion migration depth in field-assisted ion-migration[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(3): 818-822.

电场辅助离子迁移过程中离子迁移深度模型

王国强¹,
郝寅雷^1,2,
李宇波^1,2,
杨建义^1,2,
江晓清^1,2,
周强^1,2,
王明华^1,2

1.
浙江大学信息与电子工程学系,浙江杭州310027;
2.
浙江大学唐仲英传感材料及应用研究中心,浙江杭州310027

基金项目:

国家自然科学基金（60977043）;浙江省自然科学基金（Y1100665）;中兴通信产学研项目

详细信息

作者简介:
王国强（1988-），男，硕士生，主要从事玻璃基集成光学器件的研究。；郝寅雷（1974-），男，副教授，主要从事集成光学、光学材料的研究。Email：haoyinlei@zju.edu.cn

王国强（1988-），男，硕士生，主要从事玻璃基集成光学器件的研究。；郝寅雷（1974-），男，副教授，主要从事集成光学、光学材料的研究。Email：haoyinlei@zju.edu.cn

中图分类号: TN252

Modeling of ion migration depth in field-assisted ion-migration

1.
Department of Information Science & Electronic Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China;
2.
Cyrus Tang Center for Sensor Materials and Applications,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China

摘要: 考虑了焦耳热导致的玻璃基片温度升高效应，建立了玻璃基片上电场辅助离子迁移（FAIM）过程中离子迁移深度的计算模型。该模型首先通过求解玻璃基片的热平衡方程获得玻璃基片温度随时间的变化规律，在此基础上获得流过玻璃基片的电流密度以及电荷通量密度随时间的变化规律。最后利用电荷通量密度与离子迁移深度的正比关系计算离子迁移深度。利用该模型获得的模拟结果与实验结果的比较显示，在集成光学器件制作的实验参数下，利用该模型所获得的离子迁移深度变化的规律与相应的实验结果接近。分析表明，由于模型中考虑到了焦耳热导致的玻璃基片温度的升高，该模型用于研究FAIM 过程中的迁移深度具有更好的普适性。
- 电场辅助离子迁移 /
- 玻璃 /
- 焦耳热效应
Abstract: A model for calculation of time dependence of ion migration depth in glass substrate in the process of field-assisted ion-migration (FAIM) was presented, in which glass wafer temperature rise induced by Joule heating effect was taken into consideration. In this model, glass wafer temperature rise behavior was firstly obtained by solving its thermal balance equation; after that, time dependence of electric current density, and in turn charge flux density flowing through glass wafer was calculated; finally, ion migration depth was calculated by utilizing its universally linear dependence on charge flux density. It can be observed that there exists a reasonable agreement between simulated data and experimental results in the respect of ion migration depth, for experimental conditions conventionally applied for glass-based integrated optical device fabrication. Analysis shows that this model possess wider adaptability than the conventional model in the respect of ion migration depth calculation, due to its involving of glass wafer temperature rise effect induced by Joule heating.
- field-assisted ion-migration /
- glass /
- Joule heating effect

[1]
[2]	Ramaswamy R V. Ion-exchanged glass waveguide: a review[J]. Lightwave Technol, 1988, 6(6): 984-1002.
[3]
[4]	Izawa T, Nakagome H. Optical waveguide formed by electrically induced migration of ions in glass plates[J]. Appl Phys Lett, 1972, 21(12): 584-586.
[5]	Yu Huaiyong, Zhang Chunxi, Feng Lishuang, et al, Modeling of polarization noise in silicon integrated optical resonance gyroscope and performance analysis [J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(5): 1287-1293. (in Chinese)
[6]
[7]
[8]	Hao Yinlei, Zheng Weiwei, Jiang Suhang, et al. Engineering- oriented research of glass-based planar optical power splitter[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(2): 299-304. (in Chinese)
[9]	Shao G W, Jin G L, Li Q. Gain and noise figure characteristics of an Er3 +-Yb3 + doped phosphate glass waveguide amplifier with a bidirectional pump scheme and double-pass configuration[J]. Opt Eng, 2008, 47(10): 104201.
[10]
[11]
[12]	Xia Hongyun, Teng Chuanxin, Zhao Xiaowei, et al. Refractive index profiles of copper ion exchange glass planar waveguides[J]. Chinese Phys Lett, 2012, 29: 084215.
[13]
[14]	Hao Yinlei, Zheng Bin, Wang Hongjian, et al. Experiments and analysis on Joule heating effect in field-assisted ion diffusion[J]. Opt Eng, 2012, 51(1): 014601.
[15]
[16]	Zheng Weiwei, Yang Bing, Hao Yinlei, et al. Charge-density flux model for electric-field-assisted ion exchange in glass[J]. Opt Eng, 2011, 50(9): 094602.
[17]	Prieto X, Linares J. Increasing resistivity effects in field- assisted ion exchange for planar optical waveguide fabrication[J]. Opt Lett, 1996, 21(17): 1363-1365.

[1]	佟艳群, 陆蒋毅, 叶云霞, 符永宏, 蒋滨, 丁柳馨, 任旭东. 玻璃表面微颗粒的激光清洗研究（特邀） . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220782-1-20220782-9. doi: 10.3788/IRLA20220782
[2]	刘强, 罗芳, 邓小江, 朱梦剑, 朱志宏, 秦石乔. 悬空石墨烯/六方氮化硼异质结焦耳热红外辐射器件的可控制备与光电性能研究（特邀） . 红外与激光工程, 2023, 52(6): 20230218-1-20230218-9. doi: 10.3788/IRLA20230218
[3]	田爽辰, 李玉娇, 钟钧宇, 李路且, 汪世林. 空间三轴激光陀螺放电区微晶玻璃Li⁺迁移规律研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(7): 20220819-1-20220819-8. doi: 10.3788/IRLA20220819
[4]	杨振, 王栎沣, 靳慧敏, 王志渊, 徐培鹏, 张巍, 陈伟伟, 戴世勋. 硫系玻璃集成光子器件综述(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20220152-1-20220152-21. doi: 10.3788/IRLA20220152
[5]	李好, 贺红磊, 刘念, 代江云, 王建军, 景峰, 高聪. 石英玻璃光纤金属涂层在线制备工艺 . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20210269-1-20210269-6. doi: 10.3788/IRLA20210269
[6]	何冬兵, 胡丽丽, 陈树彬, 唐景平, 王标, 张丽艳, 王欣. 稀土掺杂光功能玻璃及器件应用（特邀） . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201081-1-20201081-6. doi: 10.3788/IRLA20201081
[7]	孙志红, 张波, 夏彦文. 光开关玻璃的飞秒光学开关特性 . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 121001-0121001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0121001
[8]	肖凯博, 蒋新颖, 袁晓东, 郑建刚, 郑万国. 间隔掺杂低温Yb:YAG叠片放大器的热效应优化 . 红外与激光工程, 2016, 45(12): 1206004-1206004(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1206004
[9]	花宁, 李怀阳, 王友军, 隋镁深. 石英玻璃晶圆的加工工艺 . 红外与激光工程, 2016, 45(S2): 96-100. doi: 10.3788/IRLA201645.S221003
[10]	张德平, 吴超, 张蓉竹, 孙年春. LD 端面泵浦分离式放大器结构的热效应研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2250-2255.
[11]	蒙裴贝, 颜凡江, 李旭, 郑永超. 热边界和泵浦结构对激光晶体热效应的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3216-3222.
[12]	胡姝玲, 赵东伟, 牛燕雄, 王欢欢, 肖泽宇. 高功率光隔离器的热效应分析与优化 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3186-3190.
[13]	艾万君, 熊胜明. 离子束辅助沉积大口径光学薄膜 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 183-188.
[14]	李春艳, 吴易明, 高立民, 陆卫国. 磁光调制法测量玻璃内应力 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 911-916.
[15]	郝寅雷, 曾福林, 王志坚, 胡文学, 陈斯聪, 杨建义, 王明华. 玻璃基片上双层多模光波导的制备 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 3000-3004.
[16]	芦雅静, 宋宝安, 董伟, 徐铁峰, 戴世勋, 聂秋华, 沈祥, 林常规. 硫系玻璃在汽车夜视系统中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2815-2818.
[17]	许艳军, 赵宇宸, 沙巍, 齐光. 大尺寸SIC空间反射镜离子束加工热效应分析与抑制 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2556-2561.
[18]	李蓉, 王森, 施浒立. 空间太阳望远镜主光学望远镜内遮光罩热效应 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 2974-2978.
[19]	李蓉, 王森, 施浒立. 空间太阳望远镜主光学望远镜叶片结构热效应 . 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1291-1297.
[20]	陈月娥. 激光玻璃配方中的光谱性能 . 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2426-2430.

点击查看大图

计量

文章访问数: 292
HTML全文浏览量: 32
PDF下载量: 122
被引次数: 0

电场辅助离子迁移过程中离子迁移深度模型

1. 浙江大学信息与电子工程学系,浙江杭州310027;

2. 浙江大学唐仲英传感材料及应用研究中心,浙江杭州310027

作者简介:
王国强（1988-），男，硕士生，主要从事玻璃基集成光学器件的研究。；郝寅雷（1974-），男，副教授，主要从事集成光学、光学材料的研究。Email：haoyinlei@zju.edu.cn

王国强（1988-），男，硕士生，主要从事玻璃基集成光学器件的研究。；郝寅雷（1974-），男，副教授，主要从事集成光学、光学材料的研究。Email：haoyinlei@zju.edu.cn

收稿日期: 2013-07-09
修回日期: 2013-08-12
刊出日期: 2014-03-25

基金项目:

国家自然科学基金（60977043）;浙江省自然科学基金（Y1100665）;中兴通信产学研项目

中图分类号: TN252

关键词:

摘要: 考虑了焦耳热导致的玻璃基片温度升高效应，建立了玻璃基片上电场辅助离子迁移（FAIM）过程中离子迁移深度的计算模型。该模型首先通过求解玻璃基片的热平衡方程获得玻璃基片温度随时间的变化规律，在此基础上获得流过玻璃基片的电流密度以及电荷通量密度随时间的变化规律。最后利用电荷通量密度与离子迁移深度的正比关系计算离子迁移深度。利用该模型获得的模拟结果与实验结果的比较显示，在集成光学器件制作的实验参数下，利用该模型所获得的离子迁移深度变化的规律与相应的实验结果接近。分析表明，由于模型中考虑到了焦耳热导致的玻璃基片温度的升高，该模型用于研究FAIM 过程中的迁移深度具有更好的普适性。

English Abstract

Modeling of ion migration depth in field-assisted ion-migration

1. Department of Information Science & Electronic Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China;

2. Cyrus Tang Center for Sensor Materials and Applications,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China

Received Date: 2013-07-09
Rev Recd Date: 2013-08-12
Publish Date: 2014-03-25

Keywords:

Abstract: A model for calculation of time dependence of ion migration depth in glass substrate in the process of field-assisted ion-migration (FAIM) was presented, in which glass wafer temperature rise induced by Joule heating effect was taken into consideration. In this model, glass wafer temperature rise behavior was firstly obtained by solving its thermal balance equation; after that, time dependence of electric current density, and in turn charge flux density flowing through glass wafer was calculated; finally, ion migration depth was calculated by utilizing its universally linear dependence on charge flux density. It can be observed that there exists a reasonable agreement between simulated data and experimental results in the respect of ion migration depth, for experimental conditions conventionally applied for glass-based integrated optical device fabrication. Analysis shows that this model possess wider adaptability than the conventional model in the respect of ion migration depth calculation, due to its involving of glass wafer temperature rise effect induced by Joule heating.