Ge-Sb-Se硫系薄膜性能及波导热压印制备技术研究

摘要

硫系玻璃具有较宽的红外透过窗口、超高的三阶非线性折射率系数、超快的非线性响应和独特的光敏性等品质，是用于新型多功能光器件的理想材料。硫系薄膜光波导是现代集成光学器件的基础元器件，而硫系光波导热压印技术由于具有简单、快速、分辨率高等优点而成为国内外研究热点。本文采用热蒸发与磁控溅射等方法制了备了 Ge20Sb15Se65和 GexSb10Se90-x(x=15,19,24,28)一系列玻璃薄膜，采用多种现代测试分析手段，对薄膜的组分、结构和光学性质等方面作了系统的表征和分析，并且以 Ge15Sb20Se65薄膜为膜层材料进行波导热压印实验，研究了热压印工艺参数对压印波导质量的影响，以下是主要的研究结果：
　　1)采用磁控溅射法沉积 Ge20Sb15Se65薄膜样品并以不同的温度(150~400℃)对薄膜进行热处理，研究了退火温度对薄膜光学特性的影响。结果表明：当退火温度大于薄膜的玻璃转化温度时，薄膜的光学带隙随退火温度的增加显著下降，折射率则随之逐渐增加；当退火温度小于薄膜的玻璃转化温度时，薄膜的光学带隙 Egopt随着退火温度的增加而增加，而折射率随之逐渐减小。最后利用Mott和 Davis提出的非晶到晶态结构转变模型对结果进行了解释，而且对拉曼光谱分析表明膜层中错键(同极键)的增减是影响光学带隙和折射率的主要原因。
　　2)采用热蒸发沉积法制备一系列 GexSb10Se90-x(x=15,19,24,28)薄膜，并利用532nm的连续激光对薄膜进行光照处理，研究 GexSb10Se90-x(x=15,19,24,28)薄膜的光致变化。结果表明 Ge-Sb-Se薄膜在光照处理后光学带隙有所增加而折射率有所减小，即发生了光致漂白现象。通过对光照前后薄膜样品的Raman光谱的分析，认为致使薄膜发生光致漂白的内在原因是光照后薄膜内部原子发生重组和网络结构重构。但是，光照处理对 Ge19Sb10Se71薄膜样品的光学特性和结构却没有影响，分析认为其原因在于该组分的薄膜内在的结构比较稳定，光照不会引起薄膜内部原子的重组，这表明通过改变薄膜的组分就可以获得“光稳定”的硫系薄膜。
　　3)基于热压印工艺研究设计了一台热压印机，实验结果表明该压印机能够保证热压印过程中薄膜样品受力均衡和受热均匀。采用热蒸发法制备 Ge15Sb20Se65薄膜并利用研制设备热压印光波导，研究热压印工艺参数对压印波导质量的影响。结果表明在压印温度为265℃、时间为30min、压印气体压强为1-3Mpa、冷却速率为20℃、脱模温度为180℃以下的条件下可以制备结构规整的Ge15Sb20Se65光波导。

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引言

1绪论

1.1硫系玻璃概述

1.2硫系薄膜制备方法

1.3硫系光波导研究进展

1.4选题及研究意义

1.5研究思路与内容

2实验及测试方法

2.1 Ge-Sb-Se玻璃靶材的制备

2.2 Ge-Sb-Se玻璃薄膜制备

2.3 材料性能表征

3 Ge20Sb15Se65薄膜的热致光学特性变化研究

3.1 前言

3.2 实验

3.3结果与讨论

3.4 本章小结

4 Ge-Sb-Se薄膜的光致变化研究

4.1 前言

4.2 实验

4.3 实验结果和讨论

4.4 本章小结

5 Ge-Sb-Se光波导热压印制备技术研究

5.1 前言

5.2 热压印光波导装置设计

5.4 热压印光波导及性能表征

5.5 本章小结

6 全文总结

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢