[发明专利]基于量子限制斯塔克效应的量子点光学调制器

说明书

技术领域

本发明提出一种薄膜结构的光调制器的设计方案，特别涉及利用量子点的量子限制斯塔克效应来实现对光的强度的调制作用，可以用作为光开关和可控滤色片，可以应用在光通信领域，以及信号处理领域。

背景技术

当外电场作用于半导体量子结构材料时，它表现出一种电吸收性质，即吸收边的波长及其宽度随着外加电场变化。这个机制被称为量子限制斯塔克效应。

当外电场平行作用于量子阱材料时，它表现出与体材料相似的电吸收性质，吸收边移动和加宽表现为Franz-Keldysh效应。但是，当外电场垂直作用于量子阱材料时，情形与平行场有很大不同。

量子限制斯塔克效应告诉我们，外加电场对半导体中的电子的激发态有一定的影响，所以可以运用量子材料的量子限制斯塔克效应做出光调制器和开关。目前，利用量子限制斯塔克效应的光通信调制器多数利用的是量子阱结构的三-五族半导体。量子限制斯塔克效应在锗的量子阱结构中的作用，已经得到了很好的验证。

而量子点被叫为“人造原子”，他存在一些原子所具有的光学特性。其中，量子点的结构拥有显著的量子限制斯塔克效应，所以我们可以利用量子点结构的半导体来做量子限制斯塔克效应型的光调制器。CdSe最低激发态的斯塔克迁移非常大，但是由于量子点中普遍存在光电离特性，而且电离出来的电子位置的随机性，所以群体胶体量子点的斯塔克效应到目前为止还没有直接观察到。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出了一种基于量子限制斯塔克效应的量子点光学调制器，利用了量子点的量子限制斯塔克效应，达到对光的强度的调制作用，进而也可以达到可控滤波和开关的作用。

技术方案：本发明的基于量子限制斯塔克效应的量子点光学是这样实现的：该光度调制器由四层薄膜顺序覆盖排列组成；自上至下，第一层为第一ITO的薄膜，第二层为PVK薄膜，第三层为SiO₂薄膜，第四层为第二ITO的薄膜，第五层为玻璃基板。

所述的第一ITO的薄膜、第二ITO的薄膜为透明的导电的薄膜，在这两层薄膜上分别引入电极，作为了控制信号的输入端。PVK薄膜为900nm的包含CdSe/ZnS型量子点的PUK薄膜，其中含有量子点浓度要高而且量子点的大小接近相同。此层由于包含大量的量子点，所以具有较强的量子限制斯塔克效应。可以看出，量子点光度调制器是一种非绝缘性的电容，有微小稳定的电流通过。该微小稳定的电流可有效抑制胶体量子点薄膜中光电离所产生的随机电场，这正是本发明的关键点。

当在两电极上加上V的电压时，斯塔克迁移会随外加电压的变化而变化，二次线性方程为

ΔE=12α(Vd)2]]>

其中ΔE材料两能级的能量的变化，V为外加电压，d是薄膜层的厚度，α是材料的极化率。材料的能级产生变化时，就会对光的吸收率产生一定变化。可以看出通过电极两端电压的改变，我们可以得到一定波长的光波在量子点材料中吸收率的变化。第(4)层为3.5nm的SiO₂的薄膜，由于SiO₂是很好非极化材料，所以很好防止电流的击穿，并可以达到稳定的电流效果。

该发明的可调制功能的实现：当光信号进过量子点光度调制器时，在第一ITO的薄膜和第四层为第二ITO的薄膜上电极的两端加上调制电压，在薄膜中会产生一定强度的电场，由于量子点的量子限制斯塔克效应使得薄膜材料的对光波的吸收率产生一定的变化，进而达到对光的强度调制的作用。

本发明量子点光度调制器的关键技术指标——吸收效率的变化幅度、调制速度，半波全宽分别如下：对于吸收率的变化幅度，在从图(2)中，我们可以看出吸收率峰值和荧光强度峰的变化幅度，这种变化幅度直接影响到器件的消光比。其响应速度在ns级，调制的响应速度也可以达到ns级。

有益效果：本发明与现有的技术相比具有以下的优点：