초록
LiNbO_3$ 단결정의 광학소자 광도파관 등의 응용을 위하여는 빛의 조사에 따라 굴절률이 변하는 광손상을 극복하여야 한다. 이러한 광손상 극복은 LiNbO_3$ 에 MgO를 첨가한 단결정의 성장과 산처리를 통하여 가능하다. 본 연구에서는 LiNbO_3$ 의 광손상 극복 기구를 이해하기 위하여, FT-IR을 이용하여 LiNbO_3$ 단결정에 MgO 첨가와 산처리가 발생시키는 격자결함의 변화를 OH- 흡수밴드를 통하여 간접적으로 관찰하였다. 또한 액체 헬륨을 이용한 온도강하시 생기는 격자결함의 관찰과 산처리한 시편의 광택연마와 열처리에 따른 격자결함으 조사하였다. MgO 첨가는 LiNbO_3$ 격자내 $Mg_{Nb}^{2+}$ 결함을 발생시켜 광손상 저항을 증가시키며, 산처리는 결정표면의 산소층에 $H^+$이온이 침입하여 격자결함을 발생시키며, 이 격자결함은 $400^{\circ}C$이상에서 열처리하면 $H^+$가 결정내부로 확산하여 들어감을 확인하였다.
For the applications in optical waveguides and devices, LiNbO_3$ single crystals need to overcome the weakness of optical damage due to the inhomogeneities of laser-induced refractive index. This problem can be solved by doping of Mg in LiNbO_3$ and proton exchange of LiNbO_3$. In this study, to understand the mechanism of optical damage resistance in LiNbO_3$, the changes of lattice defects in LiNbO_3$ caused by MgO doping and acid treatment were observed indirectly by $OH^-$ absorption bands using a FT-IR spectrophotometer. The effect of lattice defects on temperature, heat-treatment and polishing were also investigated. It is shown that MgO doping increases optical damage resistance by generating the defects of $Mg_{Nb}^{2+}$ in the lattice of LiNbO_3$, and that proton exchange by implantation of $H^+$ ion in the hexagonally closest packed oxygen layers on the surface of LiNbO_3$, makes lattice defects, which diffuse into the crystal after heat-treatment above $400^{\circ}C$.