Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
[18]. Кроме того, рассматривалась работа фотооптического переключающего устройства, в основу которого положено изменение эффективности связи луча красного света с тонкопленочным волноводом, осуществляемой посредством призмен-иого согласователя, которое происходит за счет изменения интенсивности голубого света [ 19].
Почти все исследования оптических волноводных устройств касались видимого или ближнего ИК-диапазонов. В этих условиях особенно важно обратить внимание на те благоприятные возможности, которые открывает применение 10,6 мкм-излучения С02-лазера. Поэтому в настоящей работе изложены также материалы экспериментальных наблюдений волноводных явлений в аморфном Se при 10,6 мкм и их использования в фотоупругих модуляторах [20, 21]. Оптическое поглощение в ИК-области от 1 до 20 мкм у этого материала довольно слабое. Кроме того, установлено, что a-Se при длине волны 10,6 мкм обладает высокими акустоопти-ческими добротностями и в связи с этим вызывает интерес его применение в тех устройствах, где используется взаимодействие между поверхностной акустической волной и волноводной оптической модой. В общем случае конструкции диэлектрических покрытий волноводов показатель преломления (ПП) волновод-
332
ного слоя высокий, а подложки - низкий. В ИК-области, однако, нелегко найти подходящую комбинацию материалов со слабым поглощением, поскольку материалов для ИК-области меньше, чем для видимого света. Следовательно, для настоящих целей принята структура одностороннего металлического покрытия, поскольку выбор материала подложки не влияет на свойства волновода.
7.2.2. Канальный волновод на основе (8е, 8) -халькогенидов [ 18] Проводилась серия экспериментов по изучению волноводных свойств с помощью N(1 : ИАГ (иттрий-алюминиевый гранат)-лазера (1,064 мкм) и призменных Сс1Р-согласователей. Оптические потери на распространение в пленке Се, 0 А$408е2 5 Б2 5 измерялись путем движения выходного призменного согласователя вдоль пути распространения волноводной моды. При толщине пленки 0,84 мкм, нанесенной на оптически гладкую ВК7-подложку диаметром 50 и толщиной 5 мм, потери Г?"0-моды составляли 4 дБ/см. В случае пленок ве, 0А5408е2 5 82 5 и Се2 2 5Аз108е67 5 потери на распространение уменьшались при отжиге и возрастали при освещении ртутной лампой. Что касается зависимости
Рис. 7.2.1. Рассеянный ИК-свет от пленарного волновода
(Се, о А54 0 8сг 5 52 5 /ПММА/51). Проходимое расстояние равно 26 мм, начиная от входного призменного согласователя справа до излучающей точки на краю пленки [18]
от состава, потери на распространение при 1,064 мкм были минимальны на пленке А540 860, несколько выше на Се10А$408е25825, Се22 5А5105е67 5 и максимальны на Се2 5 8е75. По-видимому, основной причиной потерь является наличие хвоста слабого поглощения в халь-
когенидных стеклах.
ИК-луч, распространяющийся в пленке, визуализировался с помощью кремниевого электронно-оптического преобразователя, преобразующего ИК-свет в видимый. На рис. 7.2.1 показан луч Г?0-моды в планар-ном Се,оА5405е25Б25-волноводе толщиной 0,8 мкм, изготовленном на кремниевой пластине, на которую центрифугированием наносился слой резиста из полиметилметакрилата (ПММА) толщиной 1 мкм. Обнаружено, что на таких подложках, покрытых ПММА, потери на распространение слишком малы (ниже 1 дБ/см), чтобы их можно было точно измерить.
На халькогеиидных стеклах были изготовлены волноводы с прямым и криволинейным каналами, используя эффект увеличения показателя преломления (ПП) при освещении светом ртутной лампы через фото-
333
маски. На рис. 7.2.2 показан луч ИК-света в кривоканальном волноводе из Се10А54о$е25525 толщиной 0,84 мкм на оптически гладкой ВК7-подложке. Ширина волновода 100 мкм, а радиус кривизны 20 мм. Некоторые потери преобразования наблюдаются вблизи перехода криво-
Рис. 7.2.2. Рассеянный ИК-свет от криволинейного волновода
(Ge, 0 As40 Se2 5 S2 s /ВК7) • Радиус кривизны 20 мм [ 18}
линейного участка в прямолинейный. Эти потери можно снизить, уменьшив ширину волновода. В то же время, потери на излучение в криволинейном участке пренебрежимо малы, а потери на распространение почти равны потерям в планарном волноводе, упомянутом ранее. Сдвиги ширины запрещенной зоны ?°пт, ьызванные фотопотемнением и отжигом, для различных составов представлены в табл. 7.2.1. Фотопотемнение осуществлялось при освещении ИК-ртутной лампой мощностью 40 мВт/см2, а отжиг проводился в течение 4 ч при 180 °С на воздухе с последующим медленным охлаждением со скоростью менее 4 град/мин. В таблице указано также различие оптических ширин запрещенных зон д Е°пт после отжига и после освещения.
Таблица 7.2.1. Измеренные значения оптической ширины запрещенной зоны Е9ПТ и ее сдвига д Еопт [ 18]
Состав е°пт, g эВ, для пленки Д?ОПТ g эВ
свежераспыленной отожженной освещенной
^S4 0 S6 0 2,35 0,05
Ge, 0 As40 Se2 5 S3 5 1,950 2,025 1,927 0,098
Ge2 5 Se, s 2,018 2,048 2,003 0,045
Ge22,SAs10Se67,5 1,998 2,028 1,983 0,045
334
7.2.3. Фотооптические переключатели на Ав^з [19, 22]
В основу принципа работы фотооптических переключателей (ФОП) положено явление, называемое "динамическим изменением показателя преломления". В аморфной пленке А8283, которая отжигалась при температуре чуть ниже температуры стеклования (~ 170 °С), наблюдается рост ПП при освещении светом, длина волны которого отвечает ширине запрещенной зоны ("зонный" свет), причем это возрастание не исчезает в темноте. Это явление, хорошо известное под названием фотопотемнение, связано с фотоструктурным превращением. Обнаружено также, что повышающийся таким образом ПП пленки А$283 "динамически" уменьшается при освещении светом, длина волны которого отвечает энергии, меньшей ширины запрещенной зоны ("субзонный" свет), и это уменьшение сохраняется в темноте. Таким образом, ПП аморфной пленки Аб^з можно управлять, освещая ее "зонным" или "субзонным" светом. Это явление открывает возможности для создания различных устройств обработки сигналов, из которых наиболее перспективным можно назвать разработку ФОП.
