锗膜的折射率温度系数的理论建模与实验测量

摘要

本文通过Kramers-Kronig方程将半导体的折射率与其吸收系数联系起来,从而将对折射率的讨论转为对吸收系数的讨论。
　　通过理论分析,将半导体本征吸收边附近的折射率温度系数dn/dT分为两个部分:增强部分d△n1/dT和非增强部分d△n2/dT,并分别对二者进行了讨论与计算,最终给出了半导体在吸收边附近的折射率温度系数的理论模型。该模型所描述的折射率温度系数在半导体吸收边附近的变化趋势与实验结果相符合。
　　为验证理论模型的正确性,论文还给出了一种新的检测半导体折射率温度系数的实验测量方法—将半导体材料(本文选用的对象为锗)镀在单模光纤端面形成薄膜,通过测量不同温度下锗膜的反射率可以计算得到对应温度下锗的折射率,从而计算出锗的折射率温度系数。
　　文中对薄膜的折射率温度系数检测模型做了仿真分析。分析结果表明,薄膜的厚度对于实验检测的灵敏度以及理论计算有很大影响。
　　此外,为了保证镀制出的锗膜的光学参数与标准锗的光学参数相一致,我们分别采用磁控溅射镀膜法和真空蒸镀法镀制锗膜,并利用高精度椭偏仪对锗膜的光学常数谱进行了测量。
　　实验结果表明,针对半导体锗,在本实验中,真空热蒸镀法镀制出的锗膜质量要比磁控溅射法镀制出的锗膜质量高,更接近于标准锗材料。

目录

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 锗元素

1.1.2 应用背景

1.1.3 光纤温度传感器

1.2 研究现状与目的

1.2.1 半导体热光系数的研究现状

1.2.2 本论文的研究目的与内容

第二章 吸收边附近折射率温度系数的理论建模

2.1 材料的折射率与介电常数

2.1.1 折射率的宏观定义

2.1.2 介电常数的微观意义

2.1.3 Kramers-Kronig方程

2.2 半导体的光吸收

2.2.1 本征吸收

2.2.2 激子吸收

2.2.3 自由载流子吸收

2.2.4 晶格振动吸收

2.3 吸收边附近折射率温度系数的计算

2.3.1 吸收边附近折射率色散关系

2.3.2 吸收边附近折射率温度系数的理论推导

2.4 小节

第三章 锗膜热光系数的检测模型

3.1 锗膜的反射率模型

3.2 锗膜厚度对实验的影响

3.3 小节

第四章 锗膜的制作

4.1 镀膜

4.1.1 磁控溅射镀膜

4.1.2 真空蒸镀镀膜

4.2 锗膜的光学常数测量

4.2.1 椭偏仪的测量原理

4.2.2 椭偏仪测量过程

4.3 锗膜测量结果对比与薄膜质量分析

4.3.1 光学常数测量结果分析

4.3.2 锗膜质量检测与比较

4.4 小节

第五章 锗膜热光系数的检测

5.1 系统结构

5.1.1 光源模块

5.1.2 信号检测与控制模块

5.2 系统噪声分析及解决方案

5.3 实验结果

5.4 结果讨论与后续工作

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文与专利