專(zhuān)利名稱(chēng)：三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)薄膜及制備方法，特別涉及一種三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
非線(xiàn)性光學(xué)材料是光學(xué)性質(zhì)依賴(lài)于入射光強(qiáng)度的材料，非線(xiàn)性光學(xué)材料作為現(xiàn)代 光通訊領(lǐng)域的物質(zhì)基礎(chǔ)，在光通訊、光計(jì)算機(jī)、光信息處理、光開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛?，F(xiàn) 有技術(shù)中，具有種類(lèi)繁多的非線(xiàn)性光學(xué)材料，其中碲基材料，如TeO2和TeO2基玻璃等固體材 料，因有獨(dú)特的高非線(xiàn)性折射率而受到格外的關(guān)注，研究表明TeO2玻璃是制備光開(kāi)關(guān)器件、 聲光器件和光放大器等器件的理想材料。但是在光通訊等高技術(shù)領(lǐng)域，很多器件或設(shè)備都 具有很高的集成度，塊狀材料的應(yīng)用受到很大限制，因而需要能夠適應(yīng)光電子器件微型化 要求的薄膜類(lèi)材料。薄膜類(lèi)材料較普遍的制備方法根據(jù)材料性質(zhì)可采用提拉法，其中采用溶膠制備薄 膜材料中體現(xiàn)得最為突出，該方法制備薄膜無(wú)需昂貴的設(shè)備，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低的特 點(diǎn)。但是對(duì)于TeO2-SiO2透明溶膠體系采用提拉法制成的碲基薄膜，得到的薄膜組成就不穩(wěn) 定(如與空氣中的水反應(yīng))，而且厚度不易控制均勻，最終影響薄膜的質(zhì)量；同時(shí)，僅用提拉 法不能根據(jù)需要改變?nèi)苣z成膜后的組成，也就無(wú)法從根本上改變膜的性質(zhì)。因此，需要一種溶膠制膜的方法，成膜過(guò)程中能根據(jù)需要改變?nèi)苣z成膜后的組成， 從而在根本上改變膜的性質(zhì)，同時(shí)，得到的薄膜組成穩(wěn)定，厚度均勻，能夠保證薄膜的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜及其制備， 成膜過(guò)程中能根據(jù)需要改變?nèi)苣z成膜后的組成，從而在根本上改變膜的性質(zhì)，同時(shí)，得到的 薄膜組成穩(wěn)定，厚度均勻，能夠保證薄膜的質(zhì)量。本發(fā)明的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜，為SiO2顆粒之間嵌有TeO2和/或Te 形成的Te/Te02-Si02復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，包括以下步 驟a.制備TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠；d.將TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠以電化學(xué)的方式在工作電極上生成復(fù)合薄膜，通過(guò) 控電位、控電流方法或調(diào)控循環(huán)伏安方法中的起止電位調(diào)整復(fù)合薄膜中Te/Te02的組成、結(jié) 構(gòu)及其和SiO2的比例；C.將附著有TezteO2-SiO2復(fù)合薄膜的工作電極在室溫下自然晾干。進(jìn)一步，步驟a中，TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠由異丙醇碲、正硅酸乙酯、異丙醇、乙 醇、水、鹽酸和乙二醇混合配制而成；進(jìn)一步，步驟b中，工作電極為導(dǎo)電玻璃ΙΤ0，Pt為輔助電極，在-0. IV下進(jìn)行恒電位電化學(xué)誘導(dǎo)，時(shí)間10-50 S。本發(fā)明還公開(kāi)了另一種三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，包括 以下步 驟a.制備TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠；d.將透明復(fù)合溶膠干燥直至成為凝膠后磨成粉末，將粉末進(jìn)行熱處理，從室溫升 到50°C保溫30min，以每升高50°C保溫30min的方式升溫至350-500°C，保溫30_60min，得 到Te/Te02-Si02粉體材料后自然冷卻至室溫；通過(guò)控制熱處理溫度來(lái)調(diào)整粉末中Te/Te02 的組成、結(jié)構(gòu)及其和SiO2的比例；c.將步驟b得到的粉體，采用真空鍍膜的方法得到薄膜材料。進(jìn)一步，步驟a中，TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠由異丙醇碲、正硅酸乙酯、異丙醇、乙 醇、水、鹽酸和乙二醇混合配制而成；進(jìn)一步，步驟b將透明復(fù)合溶膠放在60°C干燥箱干燥直至成為凝膠后在150°C下 保溫2h后進(jìn)行熱處理；進(jìn)一步，步驟C中，以IWTeO2-SiO2粉體壓制成的坯做為靶材，利用射頻磁控濺射， 得到Te/Te02-Si02復(fù)合薄膜。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜，采用Si02中嵌 有TeO2和/或Te，形成的Te/Te02-Si02復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，具有良好的非線(xiàn)特性，三階非線(xiàn)性 光學(xué)極化率x(3)達(dá)到ICT8esu量級(jí)以上；通過(guò)TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠采用電化學(xué)方法制 備Te/Te02-Si02復(fù)合薄膜，利用電化學(xué)誘導(dǎo)從溶膠中析出Te/Te02，與SiO2形成膜，達(dá)到形 成Te/Te02-Si02復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的目的，工藝簡(jiǎn)單；通過(guò)TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠-凝膠采用 真空鍍膜的方法制備Te/Te02-Si02復(fù)合薄膜，利用熱處理的溫度控制，調(diào)控凝膠粉末中Te/ TeO2的組成和結(jié)構(gòu)，達(dá)到形成Te/Te02-Si02復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的目的，工藝簡(jiǎn)單可靠可靠，膜層 厚度均勻。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本發(fā)明的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜，為SiO2顆粒之間嵌有TeO2和/或Te 形成的Te/Te02-Si02復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，包括以下步驟a.制備TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠；d.將TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠以電解的方式在工作電極上生成復(fù)合薄膜；通過(guò)控 電位、控電流方法或調(diào)控循環(huán)伏安方法中的起止電位調(diào)整復(fù)合薄膜中Te/Te02的組成和形 態(tài)以及和SiO2的比例；通過(guò)調(diào)整，可以使TeO2和Te之間形成各種數(shù)值的比例，還可以調(diào)整 Te/Te02與SiO2之間的比例，以達(dá)到不同的使用目的。c.將附著有凝膠膜的工作電極緩慢移出電解池，在基底邊緣用濾紙將多余的溶膠 吸掉，薄膜在室溫下干燥48h，在室溫下自然晾干。本實(shí)施例中，步驟a中，TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠由異丙醇碲、正硅酸乙酯、異丙醇、 乙醇、水、鹽酸和乙二醇混合配制而成；步驟b中，工作電極為ΙΤ0，大面積Pt片為輔助電 極，飽和甘汞電極為參比電極；
本實(shí)施例中，透明復(fù)合溶膠中1^02和SiO2的摩爾比為1 9，是指二者的相對(duì)含 量；復(fù)合溶膠為電解液，在普通三室電解池中，在-0. IV下進(jìn)行恒電位電化學(xué)誘導(dǎo)溶膠，時(shí) 間10-50S，本實(shí)施例中為IOs ；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使復(fù)合薄膜失去性能。實(shí)施例二本發(fā)明還公開(kāi)了另一種三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，包括以下步 驟a.制備TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠；b.將透明復(fù)合溶膠干燥直至成為凝膠后磨成粉末，將粉末進(jìn)行熱處理，從室溫升 到50°C保溫30min，以每升高50°C保溫30min的方式升溫至350-500°C，本實(shí)施例中采用 5000C ；保溫30-60min，本實(shí)施例中，保溫30min，得到Te/Te02-Si02粉體材料后自然冷卻至 室溫；通過(guò)控制熱處理溫度來(lái)調(diào)整粉末Te/Te02的組成、結(jié)構(gòu)及其與SiO2的比例；c.將步驟b得到的粉體，采用真空鍍膜的方法得到薄膜材料； 以Te/Te02-Si02粉 體壓制成的坯做為靶材，放入裝載室，利用射頻磁控濺射，得到Te/Te02-Si02薄膜；本實(shí)施 例中，具體工藝參數(shù)為本底真空，濺射功率150W，濺射電壓2kV，濺射時(shí)間lOOmin，濺射壓 1. OPa左右。本實(shí)施例中，步驟a中，TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠由異丙醇碲、正硅酸乙酯、異丙醇、 乙醇、水、鹽酸和乙二醇混合配制而成；本實(shí)施例中，透明復(fù)合溶膠中TeO2和SiO2的摩爾比 為 3 2 ；本實(shí)施例中，步驟b將透明復(fù)合溶膠放在60°C干燥箱干燥直至成為凝膠后在 150°C下保溫2h后進(jìn)行熱處理。以上兩實(shí)施例中，透明復(fù)合溶膠中TeO2的摩爾濃度和SiO2的摩爾濃度均可以在達(dá) 到透明并形成溶膠的情況下變化，都能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)明目的；實(shí)踐中，溶膠中TeO2的摩爾百分比 可以為2% 80%，SiO2的摩爾百分比可以為20% 98%，都能達(dá)到發(fā)明目的。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜，其特征在于為SiO2顆粒之間嵌有TeO2和/或Te形成的Te/TeO2-SiO2復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)。
2.—種權(quán)利要求1所述的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于 包括以下步驟a.制備TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠；d.將TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠以電化學(xué)的方式在工作電極上生成復(fù)合薄膜，通過(guò)控電 位、控電流方法或調(diào)控循環(huán)伏安方法中的起止電位調(diào)整復(fù)合薄膜中Te/Te02的組成、結(jié)構(gòu)及 其和SiO2的比例；c.將附著有Te/Te02-Si02復(fù)合薄膜的工作電極在室溫下自然晾干。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于 步驟a中，TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠由異丙醇碲、正硅酸乙酯、異丙醇、乙醇、水、鹽酸和乙二 醇混合配制而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于 步驟b中，工作電極為導(dǎo)電玻璃ΙΤ0，Pt為輔助電極，在-0. IV下進(jìn)行恒電位電化學(xué)誘導(dǎo)，時(shí) 間 10-50S。
5.一種權(quán)利要求1所述的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于 包括以下步驟a.制備TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠；d.將透明復(fù)合溶膠干燥直至成為凝膠后磨成粉末，將粉末進(jìn)行熱處理，從室溫升到 50°C保溫30min，以每升高50°C保溫30min的方式升溫至350-500°C，保溫30_60min，得到 TeAeO2-SiO2粉體材料后自然冷卻至室溫；通過(guò)控制熱處理溫度來(lái)調(diào)整粉末中Te/Te02的 組成、結(jié)構(gòu)及其和SiO2W比例；c.將步驟b得到的粉體，采用真空鍍膜的方法得到薄膜材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于 步驟a中，TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠由異丙醇碲、正硅酸乙酯、異丙醇、乙醇、水、鹽酸和乙二 醇混合配制而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于 步驟b將透明復(fù)合溶膠放在60°C干燥箱干燥直至成為凝膠后在150°C下保溫2h后進(jìn)行熱處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在 于步驟c中，以Te/Te02-Si02粉體壓制成的坯做為靶材，利用射頻磁控濺射，得到Te/ TeO2-SiO2復(fù)合薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三階非線(xiàn)性光學(xué)性碲基復(fù)合薄膜及其制備方法，為SiO2顆粒之間嵌有TeO2和/或Te形成的Te/TeO2-SiO2復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)，薄膜采用電化學(xué)誘導(dǎo)溶膠-凝膠方法制成，復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)具有良好的非線(xiàn)特性，三階非線(xiàn)性光學(xué)極化率χ(3)達(dá)到10-8esu以上；通過(guò)TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠采用電化學(xué)方法制備Te/TeO2-SiO2復(fù)合薄膜，利用電化學(xué)誘導(dǎo)從溶膠中析出TeO2和/或Te，與SiO2形成膜，達(dá)到形成Te/TeO2-SiO2復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的目的，工藝簡(jiǎn)單；通過(guò)TeO2-SiO2透明復(fù)合溶膠-凝膠采用真空鍍膜的方法制備Te/TeO2-SiO2復(fù)合薄膜，利用熱處理的溫度控制，調(diào)控凝膠粉末中的組成和結(jié)構(gòu)，達(dá)到形成Te/TeO2-SiO2復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的目的，工藝簡(jiǎn)單可靠可靠，膜層厚度均勻。
文檔編號(hào)G02F1/355GK101838112SQ201010162549
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者李強(qiáng), 甘平, 辜敏, 鮮曉東 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)