CN108873393A - 一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法。该方法包括以下步骤：选用衬底，清洗干净后备用；在洁净的衬底上镀一层ITO薄膜；在ITO薄膜层上制备PVK复合薄膜，所述PVK复合薄膜中均匀混有CdSe纳米棒；在PVK复合薄膜上方放置铜薄片，与ITO薄膜构成平板电容器，通电使样品置于18KV/mm的电场条件中，用488nm的激光垂直电场方向入射，样品在170oC保持10分钟后开始降温，当温度低于95oC后撤去电场。极化完毕在PVK复合薄膜上蒸镀二氧化硅层，然后再蒸镀ITO薄膜，即得光调制器。本发明基于CdSe纳米棒阵列的光调制器利用量子限制斯塔克效应，采用了膜式结构中的微小稳定的电流来控制光电离所产生的随机电场，继而可以通过改变外场电压来改变光在膜层中的吸收率，对光的强度调制效果，进而达到开关的效果和可控滤波效果。
Description
技术领域
本发明涉及光电调制器件的技术领域，具体涉及一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法。
背景技术
当外电场作用于半导体量子结构材料时，它表现出一种电吸收性质，即吸收边的波长及其宽度随着外加电场变化。这个机制被称为量子限制斯塔克效应。当外电场平行作用于量子材料时，它表现出与体材料相似的电吸收性质，吸收边移动和加宽表现为Franz-Keldysh效应。但是，当外电场垂直作用于量子材料时，情形与平行场有很大不同。量子限制斯塔克效应告诉我们，外加电场对半导体中的电子的激发态有一定的影响，所以可以运用量子材料的量子限制斯塔克效应做出光调制器和开关。目前，利用量子限制斯塔克效应的光通信调制器多数利用的是量子阱结构的三-五族半导体。量子限制斯塔克效应在锗的量子阱结构中的作用，已经得到了很好的验证。
随着半导体制备工艺的日趋成熟，半导体量子点在光电子领域获得广泛应用，但是其在光电调制领域的应用相当有限。研究表明量子点的结构拥有显著的量子限制斯塔克效应，我们在前期工作中利用量子点结构的半导体来做量子限制斯塔克效应型的光调制器。CdSe最低激发态的斯塔克迁移非常大，但是由于量子点中普遍存在光电离特性，而且电离出来的电子位置的随机性，所以群体胶体量子点的斯塔克效应不明显，我们利用CdSe纳米棒材料，有效提高电离出来电子的稳定性，并在强场作用下电极化，极化后的量子限制斯塔克效应提高。
本发明是基于量子限制斯塔克效应的电光调制器件，选用CdSe纳米棒材料，通过吸收谱和荧光谱测量斯塔克位移。通过电场极化实现CdSe纳米棒的有序排列，有效提高量子限制斯塔克效应，提高电光调制器的静态和动态灵敏度。另一方面选用溶胶凝胶法制备的CdSe纳米棒形状尺寸可控，分散性好（<5%）可实验可见光至红外波段测量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法，该光调制器利用量子限制斯塔克效应达到对光强度的调制作用，是一种非绝缘性的电容，有微小稳定的电流通过，可有效抑制复合薄膜中光电离所产生的随机电场。
一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法，包括以下步骤：
步骤1，选用衬底，清洗干净后备用；
步骤2，在洁净的衬底上镀一层ITO薄膜；
步骤3，在ITO薄膜上制备PVK复合薄膜，所述PVK复合薄膜含有CdSe纳米棒；
步骤4，在PVK复合薄膜上镀二氧化硅层；
步骤5，在二氧化硅层上蒸镀ITO薄膜，即得光调制器。
作为改进的是，步骤1中衬底为石英。
作为改进的是，步骤2中采用电子束蒸发法在洁净的衬底上制备ITO薄膜，所述ITO薄膜的厚度为100nm，方块电阻为15-25Ω。
作为改进的是，步骤3中复合薄膜通过采用旋转涂敷法制备在二氧化硅层上；所述复合薄膜的厚度为900nm。
作为改进的是，步骤4中二氧化硅层的厚度为5nm。
作为改进的是，步骤5中ITO薄膜的厚度为100nm。
当光信号进入本发明基于CdSe纳米棒阵列的光调制器时，在两层ITO电极薄膜两端加上调制电压，在两层薄膜中会产生一定强度的电场，由于量子材料的量子限制斯塔克效应使得薄膜材料的对光波的吸收率产生一定的变化，进而达到对光的强度调制的作用。
本发明基于CdSe纳米棒阵列的光调制器，该发明的关键技术指标——吸收效率的变化幅度、调制速度，半波全宽分别如下：其对于625nm的光波最大的吸收效率的变化幅度达到了830cm-1，器件的响应速度在ns级，调制的响应速度也可以达到ns级，吸收峰展宽15%，荧光峰展宽11%。
有益效果：
本发明基于CdSe纳米棒阵列的光调制器利用量子限制斯塔克效应，采用了膜式结构中的微小稳定的电流来控制光电离所产生的随机电场，继而可以通过改变外场电压来改变光在膜层中的吸收率，对光的强度调制效果，进而达到开关的效果和可控滤波效果。
1. 本发明基于CdSe纳米棒阵列的光调制器，运用了量子材料的量子限制电致吸收作用，其对于625nm的光波最大的吸收效率的变化幅度达到了830cm-1。而对传统上的QW型的材料做的此器件，在105V/cm的电场时第一吸收峰只能加宽15%，吸收率只能降低26%。
2. 本发明基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的调制速度，在这一方面是纳米材料的又一大优势，带间跃迁速度超过ns级，子带间跃迁可以到ps级，因此，该光调制器的消光比比较大，一般大于18DB，并且此调制器与输入的光信号模式的偏振无关。
3. 本发明所提出的基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的可靠性好，耐温度变化，且能量利用率高等优点。
附图说明
图1为CdSe纳米棒极化示意图；其中1-石英基板，2-ITO导电层，3-PVK薄膜，4-铜片，5-ITO导电层，6-488nm激光光源；
图2为光调制器的结构示意图；其中1-石英基板，2-ITO导电层，3-PVK薄膜，7-二氧化硅层，5-ITO导电层，8-直流电源；
图3为实施例2的光调制器在不同电压下吸收系数的变化情况；
图4为实施例2的光调制器在不同电压下荧光强度的变化情况。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明的发酵方法进行详细描述和说明。其内容是对本发明的解释而非限定本发明的保护范围。
实施例1
如图2所示，一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法，包括以下步骤：
步骤1，选用石英，清洗干净后备用；
步骤2，在洁净的衬底上镀一层ITO薄膜；所述ITO薄膜的厚度为100nm，方块电阻为15-25Ω；
步骤3，在ITO层上制备厚度为900nm为PVK：CdSe复合薄膜；
步骤4，在复合薄膜上蒸度厚度为5nm二氧化硅薄膜；
步骤5，在二氧化硅薄膜上蒸镀厚度为100nm的ITO薄膜，即得光调制器。
实施例2 上述CdSe纳米棒阵列的光调制器的应用
CdSe纳米棒阵列的光调制器实现可控滤波器的功能，是指该光调制器中复合薄膜在电压产生的电场作用下发生量子限制斯塔克效应，光在材料中吸收率发生红移现象。也就是说，我们可以运用电压对光的透过率进行调控。所以通过改变光调制器中电极上的电压，可以对光强度进行调制。当在两电极上加上V的电压时，斯塔克迁移会随外加电压的变化而变化，二次线性方程为
其中材料两能级的能量的变化，V为外加电压，d是含有CdSe纳米棒的PVK薄膜层的厚度，是材料的极化率。材料的能级产生变化时，就会对光的吸收率产生一定变化。可以看出通过电极两端电压的改变，我们可以得到一定波长的光波在量子线材料中吸收率的变化。由于SiO2是很好非极化材料，所以很好防止电流的击穿，并可以达到稳定的电流效果。
图3和图4所示，CdSe纳米棒阵列的光调制器，根据某种波长的波在不同电压下的透过率，加上一定的调制电压后，会使光的透过率降低，即为光开关的开通状态，而在不加调制电压时，即为光开关的关闭状态。
我们看出不同的光波在CdSe纳米棒阵列的光调制器的透过率不同，所以对于某些波长的光波，可以达到滤波的效果。通过调制电压的效果，我们可以使薄膜的透过率产生变化，就会达到可控滤波的效果。
实施例3
利用QW型的材料制备光调制器，将此光调制器与实施例1的光调制器的性能进行对比，结果如下所示。
（1）群体胶体量子点的斯塔克效应不明显，我们利用CdSe纳米棒材料，有效提高电离出来电子的稳定性。
（2）CdSe纳米棒在强场作用下电极化，极化后的量子限制斯塔克效应提高。极化后吸收谱斯塔克位移增加14%，荧光谱斯塔克位移增加13%，可使光调制器静态和动态灵敏度提高13%。
（3）通过选用不同尺寸CdSe纳米棒可实现紫光到红外区域的测量。
综上所述，本发明基于CdSe纳米棒阵列的光调制器利用量子限制斯塔克效应，采用了膜式结构中的微小稳定的电流来控制光电离所产生的随机电场，继而可以通过改变外场电压来改变光在膜层中的吸收率，对光的强度调制效果，进而达到开关的效果和可控滤波效果。
Claims (6)
1.一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选用衬底，清洗干净后备用；步骤2，在洁净的衬底上镀一层ITO薄膜；步骤3，在ITO薄膜层上制备PVK复合薄膜，所述PVK复合薄膜中均匀混有CdSe纳米棒；步骤4，在170oC﹑18KV/mm的条件下对PVK复合薄膜中的CdSe纳米棒极化排列；步骤5，在ITO薄膜上镀二氧化硅层；步骤6，在复合薄膜上蒸镀ITO薄膜，即得光调制器。
2.根据权利要求1所述的一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法，其特征在于，步骤1中衬底为石英。
3.根据权利要求1所述的一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法，其特征在于，步骤2中采用电子束蒸发法在洁净的衬底上制备ITO薄膜，所述ITO薄膜的厚度为100nm，方块电阻为15-25Ω。
4.根据权利要求1所述的一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法，其特征在于，步骤5中二氧化硅层的厚度为5nm。
5.根据权利要求1所述的一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法，其特征在于，步骤4中复合薄膜通过采用旋转涂敷法制备在ITO薄膜层上；所述复合薄膜的厚度为900nm。
6.根据权利要求1所述的一种制备基于CdSe纳米棒阵列的光调制器的方法，其特征在于，步骤5中ITO薄膜的厚度为100nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181123 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |