功能薄膜材料.ppt

五、集成光学器件1、集成光波导和光学器件集成光学器件中用来传输光信号的基本元件是光波导，其基本形式由衬底、光的传输层以及反射层三层结构所组成。第33页,共47页，2024年2月25日，星期天2、集成光学器件材料集成光路用材料的基本要求：①具有某些功能，或者不仅能产生光、接收光、传输光和控制光，而且还能制作各种回路。前者可以作成单功能或某些功能的集成光路，后者可以在同一基板上做成多功能的光电集成回路；②材料要具有一定的折射率，光波导的折射率比基板的折射率高大约10-3～10-1；③材料做成薄膜光波导后，在使用波长范围内的传输损耗必须低于1dB/cm；④便于制作波导及器件，所制成元器件在外界各种工作环境下性能稳定。第34页,共47页，2024年2月25日，星期天所用材料分三类：①以GaAs为基础形成的光电子材料，包括AlGaAs、InP、GaInasP等它们是一般制作光电子器件常采用的材料②以LiNbO3--钙钛矿结构为代表的具有特殊电光性质的单晶材料；波导形成方法：外扩散、内扩散、质子交换和离子注入等③包括了各种多晶和非晶态的物质，如氧化物、玻璃以及聚合物等第35页,共47页，2024年2月25日，星期天主要器件：光波导相位调制器、强度调制器、开关网络、模式转换器、滤波器、波分复用器、声光频谱分析器、模－数转换器、数－模转换器、倍频器、以及多种传感器等缺点：抗光损伤能力差第36页,共47页，2024年2月25日，星期天举例：玻璃1．三阶非线性光学玻璃：均质玻璃：重金属氧化物玻璃或硫系玻璃不伴随有光的吸收，吸收系数接近于0响应速度非常快，可以达到飞秒级适合于光开关、光调制等光控制器件纳米金属颗粒弥散玻璃由局部电场的封闭效应引起，有吸收皮秒级的响应速度纳米半导体颗粒弥散玻璃由量子封闭效应引起，伴随光吸收响应速度一般在皮秒级以上第37页,共47页，2024年2月25日，星期天2.二阶非线性光学玻璃玻璃等非晶态物质是各向同性的，在宏观上具有反演对称性，通常认为不具备二阶非线性光学效应强外场处理的玻璃可以在局部形成结构缺陷，从而具备二阶非线性光学效应强场处理：电场/温度场，电场/紫外光，电子束辐照，强激光诱导，超短脉冲激光第38页,共47页，2024年2月25日，星期天六、磁记录薄膜和光存储薄膜电子计算机采用二进位数据存储；内存储大都用半导体动态存储器；外存储主要有磁带、软磁盘、硬磁盘、只读光盘和磁光盘等。第39页,共47页，2024年2月25日，星期天FeRAM——铁电体随机存取存储，是未来的一种永久性存储器；FeRAM利用铁电体材料的电滞回线效应，使得数据不消失性，擦写次数又可达到1010～1012次，存取速度也非常快，达到微秒以下FeRAM的主要材料：氧化物铁电体材料和作为电极的氧化物导体材料第40页,共47页，2024年2月25日，星期天磁存储材料磁记录的原理是利用磁矩的两个不同方向来进行记录的。要求材料具有硬磁性常见材料：a-Fe及Fe-Co、Co-Cr等合金和氧化物陶瓷薄膜，如g-Fe2O3，Fe3O4和钡铁氧体等磁头材料：要求磁导率高，饱和磁通密度大。也就是说要采用软磁材料第41页,共47页，2024年2月25日，星期天光存储材料①存储密度高；②载噪比高；③非接触式读/写信息，不会让光学头或盘面损伤、并能自由地更换光盘，使光盘驱动器便于和计算机联机使用；④存储寿命长；⑤单位信息位价格低。照相胶片：将卤化银颗粒分散于明胶中的一种材料光致抗蚀剂：浮雕型位相记录介质，如通常光源用的重铬酸盐＋水溶性高分子（PVA等）和二苯甲酮增感多功能基团单聚物＋可溶性高分子以及用于电子束或XPMMA（正形）和聚甲基硅氧烷（负型）等。第42页,共47页，2024年2月25日，星期天光折变材料：一是钛酸盐、铌酸盐等；二是Bi12(Si,Ge,Ti)O20等；第三类是半导体化合物，如GaAs、InP、CdTe等。光存储材料光致变色：主要有金属胶粒析出型、杂质离子氧化还原型、着色中心生成消灭型以及具有光致变色基团的有机材料。磁光存储材料：某些晶体被磁化时，折射率发生变化，所以通过晶体的光频率发生变化（即光调制）。第43页,共47页，2024年2月25日，星期天光盘分为四类只读光盘（ROM）：用来播放已经记录在介质中的信息，不能写入信息，目前市售的音像盘和软件盘都属于这一类。一次写入光盘：可以写、读信息，但不能擦除。它可用来随录随放，也可用于文档存储和检索以及图象存储与处理。可擦重写光盘：具有写入、读出和擦除三种功能。写入信息需要两次动作，即先将原有信息擦除，再写入新信息。直接重写光盘：可以在写入新信息的同时，旧信息自动擦除，不需要两次动