当今网络的业务量正在快速增加,全光网络的带宽适应了高数据传输速率和大吞吐量的发展趋势,必然是未来信息传输的发展方向。全光网络中的光学器件和光电器件逐渐集成化,传统的器件在体积上和性能上已经不能适应将来信息网络的发展需求。光波导的结构在微米量级上实现了多样化,它将光束限制在结构内传输并达到较高的光密度。光波导作为集成光学中的基础元件,是众多光学器件和系统的重要组成部分,它的性能影响着整个光学系统的质量。因此,研究制备和优化光波导结构,改善光波导的光学性质是发挥其重要应用价值的关键。铽镓石榴石（TGG）晶体作为一种新型磁致旋光晶体,其费尔德系数大、导热性能好、透射损耗低、抗激光损伤阈值高,并且在可见和红外波段内透明,是集成光学中重要的磁光晶体材料之一。采用TGG晶体形成的光波导结构,可用来制备具有法拉第旋光特性的光器件。本论文中使用TGG晶体制备光波导结构。目前,制备光波导结构的技术在蓬勃发展。在众多制备一维光波导的方法中,离子注入技术不另需靶材料,可以合理控制离子注入的条件,进一步的退火操作可以改善离子注入对材料造成的损伤和色心。二维光波导在两个方向上限制光束传播,更易与光学器件和系统集成。本文在离子注入一维波导上采用精密金刚石刀切割法制备脊形光波导。精密金刚石刀切割法对材料的适应性强,切割精度高,可以精准灵活地控制切割条件。它和离子注入相结合是制备脊形光波导的优良工艺。本论文利用TGG晶体作为衬底材料,使用离子注入工艺结合精密金刚石刀切割法制备平面光波导和脊形光波导结构,研究光波导结构形成的基本原理,测量两种光波导结构的光学性质,为光波导结构在全光网络和集成光学中的应用提供理论和实验基础。本论文的主要工作和成果如下:1. 质子注入TGG晶体平面光波导及在不同温度下退火的光学性质在TGG晶体表面注入能量为400 ke V、剂量为8×10¹⁶ ions/cm²的H⁺离子后形成光波导结构,将其分别在260℃和410℃温度下退火1 h,在633波长下测量它们的光学特性。退火前,测得平面光波导内有3个模式,它们的折射率均低于衬底折射率;260℃温度下退火1 h后,不能明确地分辨出是否存在模式;410℃温度下退火1 h后,观察到9个模式。较高的退火温度影响了光学位垒的折射率,改变了光波导内的折射率分布,从而影响光波导传输的模式数量。2. 相同能量、不同剂量的碳离子注入TGG晶体平面光波导在两块TGG晶体表面先后注入相同能量、不同剂量的碳离子,实验测得低剂量碳离子注入平面光波导内存在3个折射率高于衬底折射率的模式,但此光波导在端面耦合系统下没有探测到出射光。高剂量碳离子注入的平面光波导内也存在3个模式,但它们的折射率都低于衬底折射率,此平面光波导可以将光波限制在波导层内传输。相同能量的碳离子注入时,低剂量注入形成“势阱+位垒”型光波导,而高剂量注入形成“位垒”型光波导。3. 硅离子注入和精密金刚石刀切割TGG晶体制备平面光波导和脊形光波导将能量为6 Me V、剂量为2×10¹⁵ ions/cm²的硅离子注入TGG晶体形成“位垒”型平面光波导结构,通过棱镜耦合系统测得3个导模,通过实验观察到退火后的光波导在633 nm波长TE模式偏振下限制光波传播的近场光强分布。在平面光波导表面,利用精密金刚石刀进行切割,形成宽度分别为10μm、13μm和15μm的脊形光波导结构。实验探测到了光波通过脊形光波导的模式传播图。实验说明硅离子注入和精密金刚石刀切割的一维和二维光波导结构均可用于可见光区域。