集成光学的概念自从提出以来,就一直受到广泛的关注。它是采用集成的方法来对光学和光电子学相关的方面内容进行研究,涉及到波动光学,非线性光学,信息光学,晶体光学,薄膜光学,半导体光学,相关的器件设计以及系统的集成理论与应用等方面,通过将不同的光学器件按照一定的数量、顺序、位置等相关方面的要求集成到一起,可以实现预设的特定方面或者是多种方面的光学功能,在光学信息处理,光纤通信网络,光纤传感器,光学存储,光学精密测量,光学仪器和光谱学的应用等方面具有广泛应用。光波导是由折射率略高、厚度可以与光波长相似数量级的介质被包裹在折射率较低的介质中所形成的结构,它可以以不同的结构形式在不同的空间维度限制和引导光在其中的传输。在光波导中传输的光一般会被限制在微米数量级尺寸的微小区域里,由于和体材料相比具有明显的尺寸上的缩小,这会使光波导区域内的光强增强到远大于体材料中所能达到值,从而具有更高的研究价值和更广泛的应用范围。基于光波导结构可以制备出来无源光学器件,如光开关,也可以制备出来有源光学器件,如光调制器、光放大器以及激光器。与传统的无源光学器件相比,借助于光波导结构可以更好地限制光在微米数量级甚至更小的横截面使光波导内部的能量密度更高,实现更高的能量转换效率以及降低激光阈值。这使得光波导成为集成光学的重要组成部分和最基本的光学元件,同时又是能够连接集成光子学系统中不同功能光子学器件的载体。载能离子束技术是一种通过与光学材料相互作用,改变作用区域材料的折射率,进而制备出光波导结构的方法。按照采用技术手段的差异,载能离子束技术又可以细分成离子注入、快重离子辐照和聚焦离子束写入。根据设定不同的能量、剂量、离子种类以及离子束的尺寸,可以在不同光学晶体上制备出多种微米和亚微米量级的光波导结构。通过有效调制材料的折射率或表面的结构,可以在光子学的众多分支中实现各种应用。当前已经在一百多种材料中制备出了光波导结构,结合光刻技术或者是飞秒激光直写技术等辅助手段,也可以制备出结构更加复杂、性能更加优越的光波导结构。并且运用载能离子束技术制备出的光波导结构和其它光学结构已经显示出良好的导波性能以及与衬底材料相关的特性,这表明在光子学的许多方面具有广泛的应用潜力。法拉第磁致旋光效应是一种根据材料的性质,磁场作用于光场后产生的光振动方向发生偏转的现象。即当一束线偏振光在具有和其传输方向平行的磁场的作用下,其光振动方向与未加磁场时发生改变,改变的角度正比于光线在介质中的传播长度乘以磁感应强度的积。其中比例系数即为维尔德常数,它既关联于介质性质,又与传输光的频率密切相关。传输光的振动改变方向受磁场方向和传输媒介性质的共同影响。这种效应可以用来进行物质的分析,根据不同物质本身的这种特性来进行表征;进行光谱分析时,也可以借助这种效应获得激发能级相关的知识内容;进行激光技术的应用时,可以用来通过隔离反射光来实现调制光的作用。在本论文中,主要是采用离子辐照/注入技术对铽镓石榴石(Terbium gallium garnet,Tb3Ga5O12,TGG)晶体的微观结构进行修饰,并制备出光波导结构,通过实验测试,研究光波导的性质,具体包括光波导的显微镜照片、暗模特性、拟合折射率分布、导波模式、传输损耗变化、拉曼光谱等导波光学性质,并且在此基础上引入外部磁场,研究其磁致旋光特性,实现了光线在光波导内部的法拉第磁致旋光效应,分析光波导在实际应用方面的运用。根据光波导制备方法的不同,将本论文的研究工作及结果讨论整理如下:离子辐照铽镓石榴石晶体制备磁光波导:主要工作是通过能量为15 MeVC3+离子束辐照制备出基于TGG晶体的磁光波导。载能离子束辐照过程导致了被辐照的TGG晶体光波导中出现光学各向异性,从而阻碍了光波导中的磁光旋转。为了消除载能离子束辐照引起的光学各向异性,我们在不同条件下对辐照后的TGG晶体光波导进行了退火。经过400℃退火一个小时后,通过0.24 T的外加磁场作用下,采用波长为632.8 nm的入射光在光波导中观察到每厘米14°的磁光旋转,这与在相同的磁场条件下TGG晶体中观察到的结果相当。这项工作为TGG晶体光波导作为集成光学旋转器和隔离器的应用铺平了道路。