硅基光波导芯层材料及波导分束器的制备

本文采用溶胶-凝胶法制备了具有紫外感光性的SiO2/ZrO2/H有机无机复合薄膜,利用分光式椭偏仪测得该薄膜在光纤的常用通信窗口0.85 μm、1.31 μm和1.55 μm波长附近折射率分别为1.556 9、1.548 9和1.547 2,与下包层SiO2的折射率(1.46)相比,其折射率差比δ分别为6.64%,6.09%和5.97%,可作为芯层材料用于光波导的制备.通过控制提拉速率可以制作出厚度分别为1.29,2.20,4.00,5.44和6.82 μm的SiO2/ZrO2/H芯层薄膜,以满足0,1,2,3和4阶导模的传输要求.进而利用该薄膜自身的感光特性结合紫外掩模法,制备出相应厚度的1×8Y分支光功率分配器.通光实验表明,该光功分器能够将1.53～1.56 μm波长的光限制在波导内,实现光的传输和分束功能.     

采用HfO2/SiO2溶胶-凝胶薄膜制备衍射光栅

采用溶胶-凝胶方法制备了具有光敏性的HfO2/SiO2溶胶-凝胶薄膜,并利用其光敏性制备了衍射光栅.采用XPS分析了薄膜的成份,证实了Hf元素的存在.并用椭偏仪测试了薄膜的折射率,结果证实了HfO2的加入确实提高了体系的折射率.利用其光敏性,采用X射线作曝光光源通过掩模进行曝光,利用曝光部分与未曝光部分的溶解度差,在薄膜上制备了高为0.8 μm、周期为1 μm的衍射光栅.     

溶胶-凝胶法制备SiO2-TiO2平板光波导工艺研究

采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂-TiO₂平板光波导,计算了平板光波导通光条件,分析了硅/钛溶胶-凝胶材料的热性能,观测了平板光波导的结构形貌,并测试了其通光损耗。结果表明：经过200℃,30 min干燥处理的凝胶薄膜呈疏松多孔状态,对于非对称平板波导,存在芯层通光截止厚度,而且当SiO₂-TiO₂芯层厚度为0.5 μm时,SiO₂下包层厚度至少有6 μm才能防止1550 nm波长光泄露入单晶硅衬底中。制备的光波导对于1550 nm波长光传输损耗最小值为0.34 dB/cm。     

有机-无机复合ZrO2-SiO2平面光波导

采用溶胶-凝胶法合成ZrO2-SiO2有机一无机复合光波导材料,通过改变其中ZrO2的含量来调节材料的折射率,使材料分别适用于平面光波导的导光层(ng≈1．497)和衬底层、包层(mb=nc≈1．479)。采用旋转涂膜工艺和相应的热处理,在单晶硅基片上制备衬底层、导光层和包层等薄膜,其中导光层介质因具有感光性而可通过紫外光刻来制备光路图案。所得有机一无机复合ZrO2-SiO2板型平面光波导(衬底层 导光层),用棱镜耦合截断法测试其光损耗在632．8nm波长处约为0．8dB／cm。对板型平面波导的导光层薄膜进行紫外光刻和异丙醇淋洗,制备出脊状光波导通道,在覆盖包层后,即获得埋层沟道式平面光波导。采用端耦合截断法测试了埋层沟道式平面光波导的光损耗(小于0．1dB／cm),并观察了其近场图像以及导光材料在近红外窗口的吸收光谱。     

溶胶-凝胶法制备光波导薄膜及性质的研究

采用有机改性硅酸盐制备了光敏性溶胶－凝胶,并在凝胶中加入四丙氧基锆作为调节折射率的材料;用该凝胶在硅片上提拉成膜.为了增加薄膜与硅片的粘附性,成膜前先用干氧热氧化法在硅片上生长了一层厚度约为1500的二氧化硅;样品的原子力相片表明薄膜的表面非常平整,在5×5 μm2的范围内最大表面起伏只有0.657 nm.利用波导阵列掩膜版, 对制备的薄膜在紫外光波段下曝光,得到了表面平坦、侧墙光滑、陡直的沟道波导阵列.研究发现:紫外曝光时间和坚膜时的后烘温度都会使薄膜的折射率增大.通过对样品红外吸收谱的分析,从微观机理上解释了折射率随工艺条件变化的原因.     

硅基光波导芯层材料及波导分束器的制备

本文采用溶胶－凝胶法制备了具有紫外感光性的SiO2/ZrO2/H有机无机复合薄膜,利用分光式椭偏仪测得该薄膜在光纤的常用通信窗口0.85 μm、1.31 μm和1.55 μm波长附近折射率分别为1.556 9、1.548 9和1.547 2,与下包层SiO2的折射率（1.46）相比,其折射率差比δ分别为6.64％,6.09％和5.97％,可作为芯层材料用于光波导的制备.通过控制提拉速率可以制作出厚度分别为1.29,2.20,4.00,5.44和6.82 μm的SiO2/ZrO2/H芯层薄膜,以满足0,1,2,3和4阶导模的传输要求.进而利用该薄膜自身的感光特性结合紫外掩模法,制备出相应厚度的1×8Y分支光功率分配器.通光实验表明,该光功分器能够将1.53～1.56 μm波长的光限制在波导内,实现光的传输和分束功能.     

平板波导的溶胶-凝胶法制备与测试

利用溶胶-凝胶法制作了平板波导.实验中,在不同的条件下采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备出TiO2平板波导,分析了影响平板波导的因素,如溶胶-凝胶溶液的浓度、pH值,滴胶速度,热处理等.并对在不同工艺条件下的波导膜特性进行了测试,分析了影响波导膜质量的各个因素.实验表明,在控制实验条件的前提下溶胶-凝胶法在制作平板波导膜的工艺上制作方法简单,容易实现.     

低损耗有机无机混合溶胶凝胶波导的实验研究

利用有机无机混合的溶胶凝胶方法在硅基底上制备波导薄膜.采用正硅酸四乙酯和苯基三乙氧基硅烷作为反应先驱物，利用旋涂的方法成膜，对其折射率，传输损耗以及条形波导的光刻、刻蚀特性进行了研究.测量了波导薄膜折射率随成分变化的关系.实验表明，该方法工艺简单，可以获得具有较低损耗的波导薄膜.测试得到632.8 nm波段的损耗系数为0.23 dB/cm.采用ICP刻蚀工艺获得了较为平整的条形波导.     

平板波导的溶胶-凝胶法制备与测试

利用溶胶-凝胶法制作了平板波导.实验中,在不同的条件下采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备出TiO2平板波导,分析了影响平板波导的因素,如溶胶-凝胶溶液的浓度、pH值,滴胶速度,热处理等.并对在不同工艺条件下的波导膜特性进行了测试,分析了影响波导膜质量的各个因素.实验表明,在控制实验条件的前提下溶胶-凝胶法在制作平板波导膜的工艺上制作方法简单,容易实现.     

间苯二酚-甲醛凝胶自发成膜技术研究

 以间苯二酚和甲醛为原料，对水相溶胶-凝胶聚合自发成膜技术获得间苯二酚-甲醛(RF)凝胶薄膜进行了研究。主要研究了溶胶-凝胶过程中冰醋酸（HAC）含量和反应温度对凝胶过程的影响，分析了RF有机凝胶自发成膜的形成机理。IR和SEM分析表明，所得到的凝胶膜具有典型的RF有机气凝胶结构，薄膜厚度大约为50 μm，膜由直径10 μm左右的粒子组成，没有观察到明显的孔洞结构。分析认为，在间苯二酚和甲醛占总溶液的质量分数为67％左右及控制pH值在一定的酸性范围，RF凝胶自发成膜过程和机理可以用RF凝胶的收缩机理加以解释，RF自发膜的表面形貌及形成机理与均匀泡沫的连续相分离机理类似。     

Fabrication of Si-based waveguide splitters using photosensitive sol-gel method

In this paper, a photosensitive sol-gel method for 1 × 8 Y-branch optical splitter is reported. The poly (methyl methacrylate) (PMMA) cladding films with different thicknesses (above 10 μm) on Si substrates are prepared on Si substrates by dip-coating, the root-mean-square roughness (Rrms) of which is less than 0.7 nm. The UV photosensitive organic-inorganic composite SiO₂/ZrO₂/H core films are then coated on these PMMA cladding films using photosensitive sol-gel method. The refractive indexes of PMMA cladding films examined by spectroscopic ellipsometer are 1.4854, 1.4815 and 1.4806 at 0.85, 1.31 and 1.55 μm, while that of the SiO₂/ZrO₂/H gel films are 1.5569, 1.5489 and 1.5472 μm, respectively, which is larger than that of PMMA cladding films. Therefore, the composite structure of SiO₂/ZrO₂/H gel films on PMMA-on-Si substrates could be used to fabricate waveguide splitter. Based on the inherent photosensitivity of the SiO₂/ZrO₂/H gel film, 1 × 8 Y-branch optical power splitters with a thickness of 5 μm are fabricated by irradiating the gel film with UV light through a mask followed by dissolving the non-irradiated area in a suitable solvent. The line-width and output spacing of this splitter are 25 and 110 μm, respectively. The observed near-field pattern indicates that the light with a wavelength of 1.53-1.56 μm can be transmitted and split into eight branches in the optical splitter, which is fabricated by using the above technique.     

一步法紫外曝光制备TiO2光敏凝胶光栅的初步研究

 以钛酸丁酯和苯甲酰丙酮为原料，经sol-gel工艺，获得具有负性光刻胶性质的TiO₂光敏凝胶薄膜。它的敏感波长在360nm附近，与反应生成的螯合环有关。结合掩模曝光和显影工艺，将条状或网格状的光栅图形引入光敏凝胶表面，获得光敏凝胶光栅。     

硅基二氧化硅厚膜材料的快速生长

采用火焰水解法在Si片上快速淀积SiO₂厚膜材料,材料膜厚达到40μm以上,生长速率达8μm/min.然后将该材料分别在真空中/空气气氛中高温致密化处理,获得了各种形态的二氧化硅厚膜材料,包括平整度好、光滑透明的玻璃态SiO₂厚膜材料.并利用XRD、电子显微镜等仪器对SiO₂膜的表面和膜厚进行了测试分析.     

基于小波变换的油膜光谱特征分析

水上溢油光谱作为高光谱遥感目标识别与分类的参考依据,在溢油识别与厚度区分等方面具有重要的研究意义。通过测量厚度范围为1.0～127 μm间的轻柴油的20组光谱曲线,计算其反射率光谱曲线随厚度变化的特征,并利用db4小波对反射率数据进行处理,突出光谱奇异性及其位置与奇异值随油膜厚度变化的特征。在研究范围内的油膜光谱反射率高于水体,但反射率值与油膜厚度间无固定增减关系。在其厚度小于6 μm时反射率光谱曲线无明显特征,厚度大于6 μm后在388 nm附近存在区别于水体的反射峰特征且随厚度增加特征愈加突出。油膜光谱小波分析后的细节系数在388～393 nm内表现出明显的奇异性,并且奇异位置随厚度增加向短波方向移动、奇异极值增大。研究证实了小波分析在确定油膜光谱特征位置与变化研究中的积极作用,并发现了紫外-可见光短波范围内的光谱特征,为紫外遥感进行溢油识别提供了科学依据。     

铌酸锶钡薄膜的微结构与电光性能的研究

本文叙述了使用溶胶凝胶法在MgO(0 0 1)的衬底上制备铌酸锶钡薄膜的过程 ,膜层厚度可达 5 μm。通过X射线衍射、摇摆曲线、扫描、拉曼散射光谱等方法研究了薄膜的微结构性能 ,实验发现 ,铌酸锶钡薄膜具有了较好的 (0 0 1)方向的优先取向性能 ,并且随着薄膜厚度的增加 ,其晶体取向性也会随之不断改进。熔石英的透明衬底上生长的SBN薄膜具有较大的电致双折射效应 ,其有效电光系数能够高达 6 6 2× 10 -11m/V。     

在Si(111)上用有机溶胶凝胶甩膜热解法制备(0001)定向的6H-SiC薄膜

在Si(111)衬底上用聚苯乙烯溶胶凝胶甩膜并经950℃真空(10^-3Pa)热解处理法,制备出晶态SiC薄膜.用FTIR,XRD,TEM,RamanXPS等方法研究了SiC薄膜的晶体结构、微结构、组成以及各元素的化学态等性质.结果表明制得的是沿(0001)高度择优取向的晶态6H-SiC薄膜.膜中SiC晶粒沿c轴柱状生长,其最大尺寸约150nm,膜厚约为0.3μm,SiC中的Si/C比约为1.表层有少许污染C(CH和CO)和少量O(Si₂O₃,CO态氧和吸附氧).从对比实验可知,在热解时将甩膜的Si片与另一空白Si片面面相贴可明显增加SiC的生成量. 关键词： 碳化硅 薄膜 溶胶凝胶     

透射光谱法测试双面薄膜的光学参数

由于普通的化学气相沉积法制作高掺Sn的二氧化硅薄膜比较容易产生结晶,而溶胶-凝胶法制备薄膜化学组成比较容易控制,可以制作出掺Sn浓度较大的材料。文章采用了溶胶-凝胶的方法制备出了66 mol%和75 mol%两种不同浓度的掺Sn的SiO₂薄膜,用浸渍法多次提拉薄膜以增加薄膜的厚度,之后用紫外-可见分光光度计测量了薄膜的透射光谱。之前基于透射光谱的方法计算玻璃基底上薄膜的光学参数都是针对单面薄膜,该文针对浸渍法产生的双面薄膜,建立了相对应的薄膜模型,并分别用包络线法计算出了两种不同薄膜样品的光学参数。计算结果表明两种不同薄膜样品的折射率随着波长的增加而增加,薄膜的厚度都为900 nm左右。