Dipartimento di FisicaUniversità di Padova

Via Marzolo 8

Progetto FIRBRelazione sulle attività del IV anno

Unità di Padova

Dipartimento di Fisica - Università di Padova - Via Marzolo 8

Composizione Gruppo di Ricerca 2007

Sada Cinzia RuoloMazzoldi Paolo RuoloBazzan Marco AssegnistaArgiolas Nicola AssegnistaCiampolillo MariaVittoria Dottoranda

Fe:Ti:LiNbO3: Ottimizzazione del processo

Co-drogaggio con Ti

Studio della diffusione di Fe X-cut e Z cut al variare dello spessore del film di

Fe, depositato via RF-sputtering, e dei trattamenti termici

1. Misura dello spessore dei film depositati tramite XRR2. Stato di ossidazione Fe del film depositato tramite XPS (Fe3+) 3. Determinazione della concentrazione di Fe depositato tramite RBS4. Profilo di concentrazione del Fe (SIMS+RBS+XRR)5. Determinazione dei coefficienti di diffusione del Fe (X,Z cut) 6. Analisi del profilo di deformazione tramite HXRD7. Sviluppo di un modello fenomenologico sulla incorporazione del Fe

(Modello di Nernst-Planck con contributo dell’effetto dello stress)

Diffusione termica da film sottile depositato via RF-sputtering (processo standard)

Post trattamento in Ar per bilanciare il rapporto Fe2+/Fe3+

Condizioni di preparazione:

1. Fe 5 nm depositato per sputtering + diffusione in atm. O2(1000°C,48h)2. Ti 100nm depositato per sputtering + diffusione in atm. O2 (1000°C,18h)3. Post-trattamento in Ar (1025°C,2h)

nosup xt.p.

(µm)ne

sup xt.p. (µm)

0.0113 5.15 0.0284 4.94

0 5 10 15 20 25 30 35

0,0

2,0x1018

4,0x1018

Ti c

once

ntra

tion

(at/

cm3 )

depth (m)

Fe

conc

entr

atio

n (a

t/cm

3 )

Fe

0,0

5,0x1020

1,0x1021

1,5x1021

2,0x1021

Ti

=632.8 nm: no = 2.2875, ne = 2.2019

Er:Ti:LiNbO3: Ottimizzazione del processo

Ottimizzazione del processi di crescita e del poling

Misura della Temperatura di Curie (tramite…) al variare della concentrazione di Er

Campione TC

Puro Crystal 11423

Puro 11423

0.1%mol. 11413

0.3%mol. 11433

0.5%mol. 11443

0.7%mol. 11433

Misura della conducibilità ad alta temperatura al variare della concentrazione di Er

Campione Ea (eV) T<900°C

Puro Crystal 1.310.02

Puro 1.270.04

Er 0.3%mol. 1.440.03

Er 0.5%mol. 1.460.02

Er 0.7%mol. 1.700.02

Fino a 900°C

~2-510-3(cm)-1

TK

E

B

a

e

0

Stima della omogeneità ottica attraverso la diffrattometria ottica

rr ηεε rderI rkidiffusa

2

-6 -4 -2 0 2 4 61E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

0.01

0.1

1

10

Inte

nsità

(u.

a.)

angolo (gradi)

senza campione campione 27.5 campione 27.8

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

(r)

r (m)

A ½= 389 m

B ½= 496 m

C ½= 448 m

Processo di crescita e poling ottimale ↨cristalli dalle ottime qualità ottiche (assenza disomogeneità)

Studio del campo interno tramite tecniche interferometriche

Misure effettuate da INO-Napoli

Risultati:

1. la disomogeneità ottica, qualora presente, ha un indice di rifrazione diverso in tutta la sua estensione (non solo all’interfaccia)

2. Alcuni difetti non sono rimovibili con il poling

3. Tencnica complementare alla diffratometria ottica (UNIPD)

Periodic Poled Lithium Niobate: PPLN

1. Ottimizzazione processo di crescita Cz-off center

2. Confronto tra PPLN cresciuti e PPLN ottenuti tramite Electric Field Poling (INO)

3. Sviluppo della metodologia di analisi strutturale tramite diffrazione da raggi X

Interesse tecnologico variazione di indice di rifrazione

Interesse di fisica di base - sensibile sonda del campo interno;- Evoluzione della struttura dei domini in funzione dei parametri di

processo, stabilità nel tempo;- Possibilità di studi in situ

Campione Z-cut con periodo submicrometrico (Campione Z-cut con periodo submicrometrico (~~700 nm)700 nm) Diffrattometro ad alta risoluzione Philips MRD (Padova)Diffrattometro ad alta risoluzione Philips MRD (Padova) Riflessioni (0 0 12) (simmetrica) and (2 2 12) (asimmetrica)Riflessioni (0 0 12) (simmetrica) and (2 2 12) (asimmetrica)

Periodo 714 ± 8) nm

PPLN ottenuti per electric field poling da INO

Presenza di strain sia verticale che laterale modulato dalla struttura PPLN

Confronto tra PPLN Cz- Off Center (PD) e PPLN per EFP (INO)

1. In PPLN Cz Assenza di streaks verticali (strain non significativo) 2. Inclinazione del bordo dominio (alcuni gradi) nei PPLN Cz

Mappe nello spazio reciproco ottenute tramite H-XRD (Padova)

CZoff-center (PD) Electric Field Poling (INO)

Rilevata struttura periodicaAssenza di streaks verticaliStrain non misurabile

Analisi risolta nello spazio reciproco con luce di sincrotone

PPLN CZ off-center

Totale Pubblicazioni nel progetto: 25Riviste: 16Proceedings: 9

Attività formativaTesi di dottorato n.3Tesi di laurea: n.7

Contratti di ricerca per Giovani ricercatori E. Cattaruzza ricercatore UNIVES. Padovani ricercatrice PlastotticaM. Bazzan assegnista UNIPD

Progetto FIRB

Pubblicazioni nel 2006 relative al progetto FIRB

1. “Modeling and characterization of border domain effects in periodically poled lithium niobate crystals grown by the off-center Czochralski technique”, E. Autizi, A.D. Capobianco, F.M. Pigozzo, N. Argiolas,M. Bazzan, E. Cattaruzza, P. Mazzoldi, C. Sada, Optical and Quantum Electronics, vol.38 Issue 1-3, pages 177-185, 2006

2. “Nuclear and electronic energy loss synergy in the process of damage growth in ion implanted LiNbO3”, M. Bianconi, N. Argiolas, M. Bazzan, G.G. Bentini, M. Chiarini, A. Cerutti, P. Mazzoldi, G. Pennestrì,, C. Sada, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, vol.249 pages 122-125, 2006

3. “Experimental evidence of domain wall tilting in periodically poled lithium niobate crystals grown by the Czochralski off-center technique”, M.Bazzan, N. Argiolas, C. Sada and E. Cattaruzza, Appl. Phys. Lett. Vol.89 pag. 062901 – 062904, 2006

4. “Periodically poled lithium niobate structures for second harmonic generation”, M. Bazzan a, N. Argiolas, E. Cattaruzza, A. Gasparini, C. Sada, P. Mazzoldi, A.D. Capobianco, E. Autizi, F.M. Pigozzo, A. Locatelli, L.C. Guarneri, Laser and Optics in Engineering corrected proofs, available on line, 2006

5. “Refractive index modulations in periodically poled lithium niobate crystals grown by the CzochralskiOff-Center technique” N. Argiolas, M. Bazzan, C.Sada, P.Mazzoldi, F.M. Pigozzo, A.D. Capobianco, E. Autizi, accepted for publication in Ferroelectrics, 2006

6. “High Resolution X-Ray Characterization of Sub-Micron Periodic Domain Structures in Lithium Niobate Crystals”, M. Bazzan, N. Argiolas, C. Sada and P. Mazzoldi, accepted for publication in Ferroelectrics,

Lavori su rivista con referee

Pubblicazioni nel 2006 relative al progetto FIRB

1. “Prediction of second harmonic generation efficiency in real periodically poled lithium niobate structures grown by the off-center Czochralski technique” E Autizi, A. D. Capobianco, F. M. Pigozzo, C. G. Someda, N. Argiolas, M. Bazzan, E. Cattaruzza, P. Mazzoldi, C. Sada, Proceedings 4th-IEEE/LEOS Workshop on Fibres and Optical Passive Components IEEE Cat. No. 05EX1021. pp121-5 (2006)

2. "Efficient Phase Matched Second Harmonic Generation through Rotated Periodic Poling in LiNbO3 Waveguides" F. M. Pigozzo, E. Autizi, A. D. Capobianco, C. Sada, M. Bazzan, N. Argiolas, P. Mazzoldi, Proceedings of Non Linear Guided Waves (NLGW) 2005,  Dresden Dreikönigskirche Church from 6-9 September 2005, codice articolo ThB

3. “Photorefractive bright soliton in erbium doped lithium niobate”, F. Pettazzi, M. Alonzo, C. Sada, M. Bazzan, N. Argiolas, P. Mazzoldi, V. I. Vlad, A. Petris, E. Fazio, Photonics Europe 3-7/04/2006 Strasburgo Session: Nonlinear Photonic Devices (6183), pp. 618319 – 618328 (2006).

Lavori su proceedings