LiNbO3 tabanlı modülatör üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of LiNbO3 based intensity modulator
Yazar: BUSE BACINOĞLU
Danışman: PROF. DR. HAKAN ATEŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, alttaş malzemesi olarak LiNbO3 (Lityum Niyobat) kullanılan bir modülatörün tasarımı, fabrikasyonu ve karakterizasyonu tamamlanmıştır. Çalışmaya tasarım adımıyla başlanıp maskeler yapılmıştır. Dalga kılavuzu ve sonrasında kopyalanan elektrot maskesi tasarımı tamamlanıp üretilmiştir. Alttaş üzerine modülatör üretimine geçilip Titanyum kaplaması tamamlanmıştır. Daha sonra fotorezist kaplamaları yapılmıştır. Fotorezist kaplama işlemi tasarımı tamamlanan maske alttaş malzemesine mor ışık (UV) ile geçirilip maskenin modeli alttaş malzemesine geçirilmiştir. Hazırlanan örneğe belirlenen sıcaklık ve zaman parametrelerinde Ti difüzyonu yapılmıştır. Bu işlemlerin devamında elektriksel adımlar için elektrot litografisi gerçekleştirilmiştir. Alttaş 3 ayrı gruba ayrılmıştır. Bu kesim işlemi elmas bıçak ve bilgisayar sistemli kontrolcü cihazı ile tamamlanmıştır. Kesimi tamamlanan parçalara yüzey düzgünlüğü için tıraşlanıp parlatma işlemi yapılmıştır. Ti difüzyon kalitesi için derinliğe bağlı kırılma indisi ölçümleri yapılmıştır. Kesilen örneklere optik karakterizasyon işlemleri için fiber birleştirme adımları gerçekleştirilmiştir. Giriş tek kol fiber ve çıkış için çift kol fibere bağlı cam malzemeler yüzeylerine UV ışık aracılığı ile yapıştırılmıştır. Üretimi devam eden örneklerin elektriksel ölçümleri için Au (Altın) bağlantısı yapılmıştır. Elektriksel ölçüm için DC (doğru akım) seviyede frekanstan bağımsız ölçümler alınmıştır. Vπ, V2π gerilimleri saptanmıştır daha sonra AC (alternatif akım) durumunda frekansa bağlı olarak 1 GHz (Giga Hertz)'e kadar ölçümler tamamlanmıştır. Ardından sıcaklık testleri yapılmıştır. Çevresel koşullarda çalışma potansiyeli üzerine çalışmalar yapılmıştır. Epoksi malzemesi ile kaplaması yapılan aygıtların -40OC ve +80OC'de çalışabilirliği test edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda sıcaklık testlerinde 1OC/dk ve 2OC/dk hızlarında -40OC ve +80OC aralıklarında LiNbO3 alttaşıyla fabrikasyonu tamamlanan örneğin en iyi performans grafiği çizdiği gözlenmiştir. Hem klimatik kabin testlerinde hem de frekansa bağlı gerilim grafiği çizdirilerek aygıtın istenilen koşullarda çalıştığı görülmüştür.

Abstract:
This study completed the design fabrication and characterization of a modulator using LiNbO3 as substrate material. The work started with the design and masks were made. Subsequently replicated waveguide and electrode mask designs are completed and fabricated. Modulator production started on the substrate, and the Ti coating was completed. Then, photoresist coatings were made. The mask, whose photoresist coating process design was completed, was passed to the substrate material with Ultraviolet, and the model of the mask was passed to the substrate material. Ti diffusion was made at the temperature and time parameters were determined in the prepared sample. In the continuation of these processes, electrode lithography was performed for electrical steps. This substrate is divided into three groups. This cutting process was completed with a diamond knife and a computer system controller. The finished parts were shaved and polished for surface smoothness. For Ti diffusion quality, depth-dependent refractive index measurements were made. Fiber joining steps were performed for optical characterization processes to the cut samples. The entrance is attached to surfaces of the glass materials connected to the single arm and double arm fiber for the outlet, glued with UV light. Au connection was made for electrical measurements of the samples in progress. For electrical measurement, frequency-independent measurements were taken at the DC (direct current) level. Voltages of Vπ and V2π were determined, and then measurements were completed up to 1 GHz (Giga Hertz) depending on the frequency of AC (alternative current). Then, temperature tests were performed. Studies were carried out on the potential to work in environmental conditions. The operability of the samples coated with epoxy material was tested at -40OC and +80OC. As a result of the sticking studies, it was observed that the devices whose fabrication was completed with the LiNbO3 substrate at the range of -40OC and +80OC at the rate of 1OC/dk and 2OC/dk in temperature tests drew the best performance graph. It was seen that the device worked under the desired conditions by drawing a frequency-dependent voltage graph in both the climatic cabinet tests.