【摘要】：硫系玻璃由于具有較高的非線性折射率、超快的非線性響應(yīng)時間、極寬的紅外透過窗口以及獨(dú)特的光敏特性等品質(zhì),使其在全光信號處理、中紅外生物傳感等領(lǐng)域上的應(yīng)用吸引了研究者的極大關(guān)注。隨著集成光子學(xué)理論和技術(shù)的蓬勃發(fā)展,硫系材料與集成光子學(xué)的結(jié)合形成了一個獨(dú)特的研究領(lǐng)域—“硫系光子學(xué)”。硫系光子學(xué)已成為當(dāng)前光子學(xué)的熱門研究領(lǐng)域之一。國際上的一些知名研究機(jī)構(gòu)在硫系光波導(dǎo)制備及應(yīng)用方面已取得了一系列創(chuàng)新性研究成果。其中,納米熱壓印技術(shù)由于具有操作簡單、分辨率高、周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn)已成為國內(nèi)外硫系光波導(dǎo)制備領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文利用實(shí)驗(yàn)室自制的Ge-Sb-Se玻璃作為靶材,采用磁控濺射法分別制備了高質(zhì)量的Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)和Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)硫系薄膜,并對薄膜的各種性能作了系統(tǒng)的表征分析。然后以這兩種硫系薄膜作為膜層材料分別進(jìn)行熱壓印實(shí)驗(yàn),并研究了不同工藝參數(shù)對壓印波導(dǎo)質(zhì)量的影響。具體研究內(nèi)容如下:(1)真空環(huán)境下采用熔融淬冷法制備直徑為50mm的Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)以及Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)硫系玻璃材料,對其切割并加工成3mm厚的樣品作為磁控濺射制備GeSb-Se非晶薄膜的靶材。(2)采用磁控濺射法分別制備Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)和Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)薄膜樣品,并對薄膜進(jìn)行熱處理,研究了薄膜經(jīng)過熱處理后其光學(xué)特性的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)退火溫度(Ta)低于其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)時,薄膜沒有析晶,隨著Ta的增加,薄膜的光學(xué)帶隙會增大,折射率則減小;當(dāng)退火溫度(Ta)高于其玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)時,薄膜開始析出晶粒,且隨著Ta的增加,晶粒的體量以及薄膜的折射率都會增大,光學(xué)帶隙則減小。利用Mott-Davis能帶結(jié)構(gòu)模型,分析表明膜層中缺陷及懸掛鍵的增減是導(dǎo)致光學(xué)帶隙和折射率變化的重要因素。(3)采用已有的熱壓印裝置對磁控沉積的Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)薄膜和Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)薄膜分別進(jìn)行熱壓印實(shí)驗(yàn),研究不同工藝參數(shù)對壓印波導(dǎo)質(zhì)量的影響。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)我們最終制備出相應(yīng)結(jié)構(gòu)規(guī)整的光波導(dǎo),并得到Ge_(15)Sb_(20)Se_(65)和Ge_(12.5)Sb_(10)Se_(77.5)薄膜的最佳熱壓印工藝參數(shù):壓印溫度分別為254℃和168℃、時間分別為25min和20min、壓印氣體壓強(qiáng)分別為0.5Mpa和0.4Mpa、冷卻速率分別為20℃/min和15℃/min、脫模溫度分別為185℃和100℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這兩種薄膜在各自的最優(yōu)工藝條件下,都很好的復(fù)制了模具的微觀結(jié)構(gòu),且都沒有龜裂或析晶現(xiàn)象發(fā)生。
【圖文】：

寧波大學(xué)碩士專業(yè)學(xué)位論文構(gòu)更加穩(wěn)定的硫系波導(dǎo)，但波導(dǎo)的傳輸損耗也隨之增大，在 1550 模的損耗分別為 0.41 dB/cm 和 0.52 dB/cm。2015 年 Abdel-Moneim法對磁控濺射沉積的 As2Se3薄膜進(jìn)行壓印，制備出低損耗的單模底為 Ge17As18Se65薄膜，在 1550nm 處計(jì)算出的對 TM 模和 TE 模dB/cm 和 < 0.78 dB/cm。各種光波導(dǎo)制備技術(shù)的流程圖。

模型為非晶態(tài)材料，其原子排列是不規(guī)則的（結(jié)構(gòu)無體是長程無序的，，但是從微觀上來看其原子排列何特征，即短程有序。由于非晶態(tài)材料不具有長可以準(zhǔn)確測定其原子分布等微觀結(jié)構(gòu)信息。為了們引入原子徑向分布函數(shù) RDF，定義為：在均勻某個原子為中心，半徑為 r 的單位球殼內(nèi)原子數(shù))是原子的數(shù)密度。另外，研究人員常采用一些結(jié)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型有以下幾種。Microcrystalline Model）最早是由前蘇聯(lián)學(xué)者列別捷圖如圖 2.1 所示。該模型認(rèn)為非晶態(tài)材料的結(jié)構(gòu)是，且微晶內(nèi)部原子排列規(guī)則。同時由于這些微晶機(jī)取向，從而形成整體長程無序的非晶結(jié)構(gòu)[70]。
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN252

【參考文獻(xiàn)】

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1 宗雙飛;沈祥;徐鐵峰;陳昱;王國祥;陳芬;李軍;林常規(guī);聶秋華;;Ge_(20)Sb_(15)Se_(65)薄膜的熱致光學(xué)特性變化研究[J];物理學(xué)報;2013年09期

2 陳昱;沈祥;徐鐵峰;張巍;陳芬;李軍;宋寶安;戴世勛;聶秋華;王占山;;硫系玻璃光波導(dǎo)研究進(jìn)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2011年11期

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5 鄒林兒;陳抱雪;陳林;袁一方;鄂書林;浜中廣墜;x鍤

本文編號：2598532