[发明专利]一种制备低损耗As20

说明书

本发明公开了一种制备低损耗As₂₀S₈₀硫系玻璃隧道光波导的方法，在真空高温炉中制备As₂₀S₈₀粉末，并将其作为蒸发源，在10^‑3 Pa的真空条件下，控制沉积速率在9~10Å/sec，在玻璃基板上蒸镀形成1μm厚的沉积态As₂₀S₈₀薄膜，所得As₂₀S₈₀薄膜上放置5μm线宽的条形结构掩膜版，用光强为50~60 mW/cm²、波长为300–430 nm的紫外光辐照70~90分钟使薄膜光照区达到光照饱和态，形成所述As₂₀S₈₀隧道光波导结构，As₂₀S₈₀隧道光波导再置于退火炉中，在130℃玻璃转化温度附近，充氮退火1 h后，继续充氮自然冷却至室温，制备出损耗低至0.7 dB/cm的As₂₀S₈₀隧道光波导。本发明方法通过对蒸镀在玻璃基板上的As₂₀S₈₀薄膜进行紫外光辐照和退火处理制备隧道光波导，制备工艺简单、成本低，制得的As₂₀S₈₀隧道光波导传输损耗低，具有良好的光传输性能。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种制备低损耗As₂₀S₈₀硫系玻璃隧道光波导的方法。

背景技术

硫系玻璃是一种具有低声子能量的材料，因此中远红外区域具有良好的透光性，其非线性光学效应比石英玻璃高两个数量级。非晶态硫系化合物的许多性质已被广泛研究，并被用于制作衍射光栅、光储存、波导和光纤结构等。和非晶态As₂S₃相比，非晶态As₂₀S₈₀共价键结合配位数更低，由于它独特的电子构型和带隙中的次能级数较多，因此具有更高的化学键缺陷浓度和分子碎片密度。因此，非晶态As₂₀S₈₀薄膜的结构比非晶态As₂S₃薄膜更复杂，在共价键外部有富硫分子，由于这些硫分子之间通过范德华力的相互作用非常弱，As₂₀S₈₀玻璃被称为软玻璃态半导体。非晶态As₂₀S₈₀长程无序在禁带中产生了许多次能级。沉积态As₂₀S₈₀薄膜的光—光效应的光阻断效应表明，次能级电子的跃迁是通过在带隙区照射下抽运次能级电子来实现的。这种现象没有在As₂₀S₈₀薄膜中观察到。As₂₀S₈₀的光阻断效应在光波导中有广阔的应用前景，如全光衰减器。

开发As₂₀S₈₀硫系化合物薄膜的制备并将其制成微米级低损耗隧道光波导的技术，有利于更好地实现As₂₀S₈₀硫系玻璃在波导器件中的应用。然而，由于As₂₀S₈₀中的砷分子在反应离子刻蚀过程中不会被气化，且对于湿蚀刻，As₂₀S₈₀材料会在碱性溶剂中发生分解，所以通常用于制作其他玻璃波导的反应离子刻蚀或湿蚀刻技术并不适合制作As₂₀S₈₀硫系玻璃隧道光波导。现有技术有利用湿化学刻蚀技术制备出其他硫系玻璃体系脊型条形波导，但它的传输损耗在1310 nm处约为1 dB/cm，损耗比较高；利用反应离子刻蚀技术，因波导侧壁粗糙度高，波导传输损耗高达3~5 dB/cm；另外，通过剥离法用来制备硫系玻璃光波导，但制备出的条形光波导的传输损耗也高达2~6 dB/cm。

正是基于以上考虑，本文发明设计了一种基于紫外光辐照—退火处理制备低损耗As₂₀S₈₀硫系玻璃隧道光波导的方法，明显改善了波导的光传输性能，波导传输损耗可低到约0.7 dB/cm。