脉冲激光沉积法制备硫卤玻璃薄膜的工艺及光学性能研究

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1、摘要由于在集成光学、光通讯等领域具有很重要的应用，Ge．Ga-Se基硫卤玻璃薄膜引起人们的广泛关注。硫卤玻璃因低的声子能、大的折射率、易制备和加工、较大的非线性光学系数等优点，使之成为一种颇具应用潜力的光学材料。本文采用传统的熔融．淬冷法制备了镀膜所需的靶材(1．x)(4GeSe2．Ga2Se3)-xKBr硫卤玻璃。采用脉冲激光沉积法(PLD)N备了硫卤玻璃薄膜，测试了薄膜的XRD、AFM、SEM、Raman光谱、XRF、台阶仪等。结果表明沉积的薄膜是非晶态，其质地均匀、密实，厚度达到了1000nm以上；薄膜的短波吸收边在530nm左右，平均

2、透过率达到了75％以上。与玻璃靶材相比，薄膜的结构没有明显的变化，其成分有所偏差但基本一致。薄膜的颜色均呈黄色，并随着KBr的含量的增加颜色逐渐变淡。GeSe2．Ga2Se3．KBr硫卤玻璃薄膜以GeSe4四面体为主。Ga取代部分Ge，参与玻璃网络构成，Br替代Se，形成中止键和新的结构单元[Se3GaBr]。，Br起断开玻璃网络作用；K离子进入玻璃网络中，起调整电荷作用。退火后的薄膜光学带隙增加，吸收边向短波方向移动，薄膜的折射率降低。并且退火后薄膜的折射率随着KBr含量的增加而降低。248nm的紫外激光光照后的薄膜，其光学带隙降低，吸收边

3、向长波方向移动，出现光黑化现象。光照后薄膜的体积(厚度)发生膨胀，随光照时间的增加而膨胀更加明显。薄膜的折射率在光照后增加，且随着光照时间的增加而逐渐变大。光照后的薄膜有部分析晶。通过对硫卤玻璃薄膜的系统研究表明它们是较有前途的可见及近红外的集成光学器件的候选材料。关键词：硫卤玻璃；硫卤玻璃薄膜；PLD；光学性能；光致变化AbstractRecently,GeSe2-·Ga2Se3—·KBrchalcogenideglassesfilmshaveattractedmuchattentionaccordingtotheirpossibleapp

4、licationsasintegratedmaterials、opticalcommunicationsandotherfields．EndowedwithprioritiesoflowPhononenergy、highrefractiveindex、beingeasytobepreparedandproeessed、bigseeond·ordernonlinearsusceptibility,etal．Chaleogenideglasseshavebeenrankedasakindofopticalmaterialwithmanypoten

5、tialapplications．Inthispaper,bulkyglasswithcompositionofwasprearedusingconventionalfusing-quenchingmethod，itwassubsequentlyusedaStargetforPLD．WithPLDmethod，wedepositedchalcogenidefilmandcharaeterizeditwithXRD(X—raydiffaction)、Transmittancetest、SEM(Scanningelectronicmicrosco

6、pic)、Ramanspectra、XRF(X-rayphotoelectronspectroscopy)、profilemeter．Characterizationresultsindicatedthattheas-preparedfilmwasamorphous，ofhomogeneoustexture．Itsthicknessreachedto1000nanometers．Ithaveashort—cutwavelengthplacedatabout530nm，itsaveragetransmittancewashigherthan75

7、％．Comparedwiththetargets，thestructuresofthefilmdifferedlittle，itscompositionwasalittlediscrepant，butnotSOobvious．Thecolorofthinfilmsisdarkyellow,whilethecolorsgruduallychangetolightyellowwiththeincreaseofthecontentofKBr．ThemicrostructureoftheGeSe2--Ga2Se3-·KBrfilmsisconside

8、redasfollowing：thenetworkconsistsofthe[GeSe4】and【GeSe4】tetralledralconnectedbybrid