[发明专利]稀土掺杂硫系(卤)薄膜材料、制备方法及应用

权利要求书

1.一种稀土掺杂的硫系(卤)薄膜材料，其特征在于在锗镓基的硫系(卤)薄膜中共同掺杂两种稀土离子，即三价稀土离子铥Tm³⁺和镝Dy³⁺；所述的薄膜材料是无定形的；形成近红外多波段发射特征的光学有源薄膜材料；其薄膜材料的化学组成与其玻璃块体靶材基本保持一致，玻璃基础靶材的组成为：GeS₂: 72 mol%；Ga₂S₃: 18 mol%；CdI₂: 10 mol%，且Tm³⁺和Dy³⁺的掺杂浓度为玻璃基础靶材重量比的1.0 ± 0.2wt%和0.4 ± 0.1wt%。

2.根据权利要求1所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜材料，其特征在于薄膜的厚度约为700 ± 100 nm，表面的平均粗糙度约为1 nm。

3.根据权利要求1或2所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜，其特征在于所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜的可见吸收限的波长为450 nm，薄膜颜色为橙红色，光学禁带宽度为1.90 eV (653 nm)；其可见-近红外波段的透过率约70%。

4.根据权利要求1所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜，其特征在于所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜在不同波长325 nm、450 nm、488 nm和808 nm的光源泵浦下，均在近红外区域得到了多个稳定的发射峰。

5.按权利要求1所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜材料的制备方法，其名称是脉冲激光沉积法，其特征在于步骤为：

(1) 首先采用熔融淬冷技术制备玻璃块体材料，然后将它切成厚度约为5 ± 2 mm和直径约为10 ± 4 mm的圆柱形靶材，其表面抛光成镜面；

(2) 用标准化学清洗过程洗涤透明石英基片，石英基片的尺寸为1 × 1 cm²，将清洗后氮气枪吹干的石英基片和步骤(1)中的靶材放入真空室中，基片表面与靶材表面相互平行，两者相距约5 cm；

(3) 再将真空室抽真空到约1 × 10^-3 Pa，并将石英基片加热到恒定温度约200 ± 20^oC；

(4) 采用波长248 nm的KrF准分子激光器将激光通过透镜聚焦到玻璃靶材上，靶材与激光束的夹角约为45°，激光束的平均能量密度为2 J/cm²，激光重复频率为5 Hz，沉积时间为30 ± 5 min；

(5) 所得步骤(4)中的薄膜后，将样品基片温度原位升温至300 ± 20^oC，退火时间约1-3小时，然后将薄膜自然冷却至室温。

6.根据权利要求5所述的脉冲激光沉积稀土掺杂的硫系(卤)薄膜的方法，其特征在于薄膜生长使用的设备为脉冲激光沉积系统。

7.根据权利要求5所述的脉冲激光沉积稀土掺杂的硫系(卤)薄膜的方法，其特征在于制备参数易调整，生长过程简单，且工艺重复性好，具有较高的制备效率。

8.根据权利要求5所述的脉冲激光沉积稀土掺杂的硫系(卤)薄膜的方法，其特征在于制备方法可拓展到制备其它稀土离子种类掺杂的硫系(卤)薄膜材料。

9.根据权利要求1所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜的光学应用，其特征在于所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜在808 nm波长的激光二极管泵浦下实现薄膜样品的带宽发射，产生一个半高宽为400 nm的超宽带红外发射峰、从1050 nm到1570 nm和另一个半高宽为200 nm的位于1800 nm中心波长的强烈的发射峰、从1570 nm到2050 nm；这两个发射峰的波长覆盖了整个石英玻璃光纤的低损耗窗口。

10.根据权利要求1所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜的光学应用，其特征在于所述的稀土掺杂的硫系(卤)薄膜应用于集成平面超宽带光波导放大器和可调谐的红外波导激光器。