【正文】 非晶材料的研究波長轉(zhuǎn)換器就是 將非匹配波長上的光信號轉(zhuǎn)到符合要求的波長上。全光波長變換因其無需光電 (OE)/電光 (EO)轉(zhuǎn)換器件，不受光信號格式 (SignalFormat)以及位速率 的限制，利用光的非線性效應(yīng)轉(zhuǎn)換速度快，使光子網(wǎng)絡(luò)具有透明性等優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注。但是其電處理技術(shù)應(yīng)用使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)乃至網(wǎng)絡(luò)的吞吐量變 小，且響應(yīng)速度慢，形成 “ 電子瓶頸 ” 。 目前實(shí)現(xiàn)波長變換技術(shù)主 要分為兩大類：光／電／光（ＯＥＯ）波長變換和全光波長變換 (AOWC)。 波長轉(zhuǎn)換器 波長轉(zhuǎn)換器就是 將非匹配波長上的光信號轉(zhuǎn)到符合要求的波長上。 . 光學(xué)器件 高的光 敏性、高的溶解能量、容易制備、組分可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)是硫系非晶薄膜越來越受到人們的關(guān)注，而折射率比石英玻璃高 2— 3個數(shù)量級更是使它成為集成光學(xué)器件研究的焦點(diǎn)。該轉(zhuǎn)換器體積小，質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)換精確無錯誤，功率損失低至 。硫系非晶薄膜的高折射率，增大了光波導(dǎo)的彎曲程度，便于器件的集成。 寧波大學(xué) 信息 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 由于光在介質(zhì)中傳輸特性，全光波長轉(zhuǎn)化器的主要缺點(diǎn)是不易于集成。 硫系玻璃中的光誘導(dǎo)相變現(xiàn)象可望應(yīng)用于光學(xué)海量存儲上。 早在 1975年， Sakae Zembutsu、 Yoshio Toyoshima等就研究了以 S和 Se為主要成分的硫系非晶薄膜的特性及在超級全息膠片的應(yīng)用。各種新型光電薄膜器件與薄膜技術(shù)正在相輔相成地不斷開拓中，光電薄膜器件的產(chǎn)品也以 %的年增長率發(fā) 展著 [812]。容易看出，隨著 Sb含量的增多，薄膜的光學(xué)帶隙逐漸減小。認(rèn)為在硫系非晶半導(dǎo)體中缺 少晶體結(jié)構(gòu)，不需要考慮聲子的動量，電子進(jìn)行直接躍遷。因此，硫系薄膜的能量帶隙相對時較小的。因此，能量帶隙也越大。光學(xué)帶隙是能量帶隙的一種表現(xiàn)形式，與基質(zhì)中導(dǎo)帶到禁帶的電子躍遷有直接聯(lián)系。 圖 13 As2S3非晶半導(dǎo)體薄膜的 SEM 圖 能量帶隙 能量帶隙是基質(zhì)中導(dǎo)帶與禁帶的能量差，一般比光學(xué)帶隙稍高，約為 。劉啟明、 干福熹等于 2020年對 As2S3非晶 薄膜在激光作用下的性能結(jié)構(gòu)做了相關(guān)研究，圖 13中（ a）、（ b）、（ c）分別是 As2S3 非晶半導(dǎo)體薄膜未經(jīng)激光輻照和經(jīng) 20 mW ,100 mW激光強(qiáng)度輻照3min后的 SEM圖像。在這種模型中這種現(xiàn)象的可逆性是由于光的有無而導(dǎo)致的結(jié)晶速率的巨大不同而引起的。 這種光學(xué)轉(zhuǎn)換 行為自從 記錄型的電學(xué)轉(zhuǎn)換行為是相似的。當(dāng)激光輻照薄膜到一定程度 ,這些原子會重新排列 ,局部形成一種有規(guī)則有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,在局部形成晶體，也就是析出晶體。 光致結(jié)晶效應(yīng) 光致結(jié)晶就是光致相變。認(rèn)為光 致漂白效應(yīng)與硫系薄膜的結(jié)構(gòu)和電子 特性有緊密的聯(lián)系。該實(shí)驗(yàn)利用 X射線衍射（ XRD）技術(shù)分別測試了在不同光強(qiáng)、不同照射時間以及不同溫度情況下的薄膜的吸收光譜。 光致漂白效應(yīng) 光致漂白效應(yīng)與光致暗化效應(yīng)相反，是在光照作用下，光學(xué)吸收邊向短波方向移動，即綠移。從圖中可以看出，隨著激光功率和激光輻照時間的增大，薄膜的光學(xué)吸收邊的平移值增大，并最終趨于一種飽和狀態(tài)。后來 Elliott、 Utsuge、 Mizushima等人有提出了各種猜想，并做了大量試驗(yàn)，認(rèn)為光致暗化效應(yīng)已材料、薄膜厚度、入射光通量、薄膜與襯底 之間的粘著度等因素有關(guān)。 基于熱蒸發(fā)方法的硫系薄膜制備與光學(xué)性能研究 4 對于硫系非晶薄膜中可逆的光致暗化效應(yīng)的產(chǎn)生原因，人們做了大量的探索。硫系非晶薄膜由于其特定的組成，因此在光輻照區(qū)的光子吸收將可能導(dǎo)致光致 暗化。 光致暗化效應(yīng) 光致暗化效應(yīng)是指在一定強(qiáng)度光的輻照誘導(dǎo)下發(fā)生光學(xué)吸收邊向長波方向移動即紅移，此時薄膜的透射率減小 。目前無論是國內(nèi)還是國外對硫系非晶薄膜的光敏性缺乏系統(tǒng)的研究。 結(jié)構(gòu)改變當(dāng)然也會引發(fā)生一系列的光學(xué)現(xiàn)象，如光致漂白、光致暗化、光致結(jié)晶等。薄膜的組分、外界環(huán)境條件、沉積方法等的不同會引發(fā)不同的光學(xué)特性。大部分非線性效應(yīng)都會伴隨著發(fā)生一個超快 的電子轉(zhuǎn)化過程，一般在 50 飛秒數(shù)量級。 非線性極化系數(shù)和快的響應(yīng)速度的非線性光學(xué)材料的研究日趨活躍。 1961 年，美國密執(zhí)安大學(xué)的夫朗肯（ Franken）等人 [3]利用寧波大學(xué) 信息 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 紅寶石激光器首次進(jìn)行了二次諧波產(chǎn)生的非線性光學(xué)實(shí)驗(yàn)，繼后， 布盧姆伯根 （ Bloembergen） 等人[5]在 1962 年對光學(xué)混頻進(jìn)行了開創(chuàng)性的理論工作。如果介質(zhì)對光的響應(yīng)成線性關(guān)系，其光學(xué)現(xiàn)象屬于線性光學(xué)范疇，在這個范疇中，入射光作用于介質(zhì)的光學(xué)效應(yīng)（如折射、反射）與入射光的強(qiáng)度成正比，這是不同頻率的入射光經(jīng)過介質(zhì)相互作用后不發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換，光在介質(zhì)中的傳播滿足獨(dú)立傳播原理和線性疊加原理； 如果介質(zhì)對光的響應(yīng)成非線性關(guān)系，光學(xué)現(xiàn)象屬于非線性光學(xué)范疇，此時，光在介質(zhì)中傳播會產(chǎn)生新的頻率，不同頻率的入射光經(jīng)由介質(zhì)相互作用后可以產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換，獨(dú)立傳播原理和線 性疊加原理不再成立。目前部門已經(jīng)對各種金屬摻雜的硫系非晶薄膜的性能進(jìn)行了相關(guān) 研究。對于硫系非晶薄膜，要尋求線性折射率與雙光子吸收系數(shù)的平衡，一般選擇 FOM5。 一般是 FOM越大越好。一般引入非線性品質(zhì)因數(shù) FOM來衡量以一種材料是否適合做全光開關(guān)。大多數(shù)非線性光學(xué)材料都是利用電場或光場基于材料的極化率變化產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng) ,以此制作光調(diào)制器、光開關(guān)器等光信息處理器件。m）、折射率高（ n=）、 雙光子吸收系數(shù)小、聲子能量低、 光學(xué)非線性和光敏性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)成為可替代硅材料實(shí)現(xiàn)全光器件的理想材料 。各種新型光電薄膜器件與薄膜技術(shù)正在相輔相成地不斷開拓中，光電薄膜器件的產(chǎn)品也以 %的年增長率發(fā)展著 [4]。隨著硫系玻璃工藝的日趨成熟，硫系薄膜也逐漸引起了人們的關(guān)注。硫系玻璃主要是基于 S、Se、 Te 等元素，并加入其它元素 (如 As、 ce、 sb、 ca 等 )制得。光子技術(shù)的成功離不開集成光學(xué)器件的發(fā)展，集成是光器件的必然演進(jìn)方向。光電信號轉(zhuǎn)換 能力的滯后和電子線路速度的限制，成了制約信息傳輸容量的瓶頸。雖然以光纖通信為代表的光子技術(shù)在傳輸領(lǐng)域獲得了蓬勃的發(fā)展，獲得了 Tbit/s 的傳輸速率，但是光信息處理的核心部分依然依賴著微電子技術(shù)。薄膜技術(shù)、薄膜材料、表面科學(xué)相結(jié)合推動了薄膜產(chǎn)品的全方位開發(fā)與應(yīng)用。 自 20 世紀(jì) 70 年代以來，薄膜技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無論在學(xué)術(shù)上還是在實(shí)際應(yīng)用中都取得了豐碩的成果。薄膜材料接近微光粒子尺度，容易形成細(xì)晶、非晶狀態(tài)使之具有一些塊體材料所不具備的性能。 電子技術(shù)的發(fā)展使以往需要大量元器件共同實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在僅需少數(shù)幾個器件或一塊集成電路板即可完成。 80 年代以來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使人們創(chuàng)造出 超硬、超純、超導(dǎo)等材料，不僅極大地?cái)U(kuò)展了材料的應(yīng)用領(lǐng)域，并對其制備工藝不斷進(jìn)行改進(jìn)，以滿足新的應(yīng)用要求。 新材料 在未來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中起著非常重要的作用，它將促使科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是光電子信息材料的研究發(fā)展更是舉足輕重。吸收和發(fā)射光譜向短波方向移動。采用納米技術(shù)將硫系玻璃材料納米化后，這 種材料被賦予了既有別于體相材料又不同于單個分子的特殊性質(zhì)。該材料具有很好的紅外透過性能、半導(dǎo)體導(dǎo)電性、對雜質(zhì)的敏感性低等特點(diǎn)。 【 關(guān)鍵 詞 】 硫系玻璃， 硫系 薄膜； 熱蒸發(fā)法，光學(xué)特性， 。 并對 所得薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能測試包括 ： 薄膜的透過光譜 （分光光度計(jì)） ，薄膜組分（ xps），薄膜結(jié)構(gòu)（拉曼光譜） 和薄膜厚度 （臺階儀） 等參數(shù)。 承諾人（簽名）： 馮江超 年 月 日 基于熱蒸發(fā)方法的硫系薄膜制備與光學(xué)性能研究 IV 摘 要 【 摘要 】 硫系薄膜是硫系玻璃材料光學(xué)器件向集成化、小型化 發(fā)展的一個重要研究方向 。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和 集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日 期： 基于熱蒸發(fā)方法的硫系薄膜制備與光學(xué)性能研究 II 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 編號 ： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 基于熱蒸發(fā)方法的硫系薄膜制備與光學(xué)性能研究 Research prepared by thermal evaporation of the optical properties of chalcogenide thin films 寧波大學(xué) 信息 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注 和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷 本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 寧波大學(xué) 信息 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 誠 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《 基于熱蒸發(fā)方法的硫系薄膜制備與光學(xué)性能研究 》均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。本文介紹了硫系薄膜的發(fā)展與應(yīng)用及常見的制備方法 ， 并 選擇熱蒸發(fā)方法制備 了 GeSbSe組分的硫系 薄膜。結(jié)果表明熱蒸發(fā)法制備 GeSbSe 薄膜具有良好的物理結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性，在集成光學(xué)器件方面很高的應(yīng)用潛力。 寧波大學(xué) 信息 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V Abstract 【 ABSTRACT】 Chalcogenide thin films of chalcogenide glass optical devices to the integration, miniaturization is an important research direction. This article describes several chalcogenide optical properties of amorphous films ,learning the preparation methods of Chalcogenide glass and Compare their advantages and disadvantages,according to the laboratory existing conditions preparation the chalcogenide thin films in thermal evaporation method. Through the exploration of filmforming conditions, developed a preliminary process parameters tested by Xray photoelectron spectroscopy of the position obtained the different between film and targe