基于量子限制斯塔克效应的量子点光学调制器制造技术

基于量子限制斯塔克效应的量子点光学调制器利用了量子点的量子限制效应，该光度调制器由四层薄膜顺序覆盖排列组成；自上至下，第一层为第一ＩＴＯ的薄膜（１），第二层为ＰＶＫ薄膜（２），第三层为ＳｉＯ↓［２］薄膜（４），第四层为第二ＩＴＯ的薄膜（３），第五层为玻璃基板（５）。从而可以通过改变加在薄膜上的电压而改变光的透过率。由于本发明专利技术提出的光的调制，开关和过滤作用，所以本发明专利技术可以用作通信领域的光开关，光度调制器和滤波器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出一种薄膜结构的光调制器的设计方案，特别涉及利用量子点的量 子限制斯塔克效应来实现对光的强度的调制作用，可以用作为光开关和可控滤色 片，可以应用在光通信领域，以及信号处理领域。
技术介绍
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阱材料时，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 阱材料时，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。而量子点被叫为"人造原子"，他存在一些原子所具有的光学特性。其中， 量子点的结构拥有显著的量子限制斯塔克效应，所以我们可以利用量子点结构的 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到目前为止还没有直接观察到。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提出了一种基于量子限制斯塔克效应的量子点光 学调制器，利用了量子点的量子限制斯塔克效应，达到对光的强度的调制作用，进而也可以达到可控滤波和开关的作用。技术方案本专利技术的基于量子限制斯塔克效应的量子点光学是这样实现的 该光度调制器由四层薄膜顺序覆盖排列组成；自上至下，第一层为第一ITO的薄 膜，第二层为PVK薄膜，第三层为Si02薄膜，第四层为第二ITO的薄膜，第五 层为玻璃基板。所述的第一 ITO的薄膜、第二 ITO的薄膜为透明的导电的薄膜，在这两层薄 膜上分别引入电极，作为了控制信号的输入端。PVK薄膜为900nm的包含CdSe/ZnS 型量子点的PUK薄膜，其中含有量子点浓度要高而且量子点的大小接近相同。此 层由于包含大量的量子点，所以具有较强的量子限制斯塔克效应。可以看出，量 子点光度调制器是一种非绝缘性的电容，有微小稳定的电流通过。该微小稳定的 电流可有效抑制胶体量子点薄膜中光电离所产生的随机电场，这iH是本专利技术的关 键点。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A五二丄a(二)2 2其中AE材料两能级的能量的变化，V为外加电压，d是薄膜层的厚度，a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点材料中吸收 率的变化。第(4)层为3.5nni的Si02的薄膜，由于Si02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。该专利技术的可调制功能的实现当光信号进过量子点光度调制器时，在第一 ITO 的薄膜和第四层为第二 ITO的薄膜上电极的两端加上调制电压,在薄膜中会产生 一定强度的电场，由于量子点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。本专利技术量子点光度调制器的关键技术指标——吸收效率的变化幅度、调制速 度，半波全宽分别如下对于吸收率的变化幅度，在从图(2)中，我们可以看 出吸收率峰值和荧光强度峰的变化幅度，这种变化幅度直接影响到器件的消光 比。其响应速度在ns级，调制的响应速度也可以达到ns级。有益效果本专利技术与现有的技术相比具有以下的优点本专利技术的目的是提出一种基于量子限制斯塔克效应的量子点光学调制器，可以用作为光开关和可控滤波。本专利技术利用量子限制斯塔克效应在量子点中的作 用，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. 本专利技术所提出的量子点光度调制器，运用了量子点的QCSE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—'。而对传统上的 QW型的材料做的此器件，在10^/的电场时第一吸收峰只能加宽15%，吸收率 只能降低26%。2. 本专利技术所提出的量子点光度调制器的调制速度，在这一方面是量子点材料 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。本专利技术所提 出的QD-QCSE光度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. 本专利技术所提出的量子点光度调制器，作为半导体材料它的窜扰，可靠性， 耐温性，能量利用率等方面都很理想。附图说明图1是本专利技术调制器的结构示意图。图2是加上0V， 4V， 8V的电压后的本器件的吸收系数。图3是薄膜中电流和电压的关系。图4是加上0V， 4V， 8V的电压后的本器件的荧光强度。具体实施例方式该光度调制器由四层薄膜顺序覆盖排列组成；自上至下，第一层为第一ITO 的薄膜l，第二层为PVK薄膜2，第三层为Si02薄膜4，第四层为第二ITO的薄 膜3，第五层为玻璃基板5。所述的第一 ITO的薄膜1、第二 ITO的薄膜3为透明的导电的薄膜，在这两 层薄膜上分别引入电极，作为了控制信号的输入端。PVK薄膜2为900nm的包含CdSe/ZnS型量子点的PUK薄膜，其中含有量子 点浓度要高而且量子点的大小接近相同。以下结合附图对本专利技术的技术方案作进一步描述。本专利技术所提出的基于量子限制斯塔克效应的量子点光学调制器，利用了量子点的量子限制斯塔克效应，实现了对光波在量子点材料中的吸收率调控，进而运 用此作用效果实现了对光的强度的调制效果。图l.为结构示意图，对于调制作 用的引入，我们运用第一 IT0的薄膜1、第二 IT0的薄膜3的ITO玻璃引入电极。 薄膜4层中含有量子点，所以在电压产生的电场作用下可以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。所以通过改变电极上的电压，我们可以对透过光的强度进行调制。 图(2)可以看出光波的透过率变化。根据此变化，我们可以得到我们需要的调 制电压。为了实现光开关的功能，我们可以根据某种波长的波在不同电压下的透过 率，加上一定调制电压后，会使光的透过率降低，即为光丌关的丌通状态。而在 不加调制电压时，即为光开关的关闭状态。对于可控滤波器的功能，图(2)中可以看出不同的光波在薄膜中的透过率 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。本专利技术的制备方法如下本专利技术的制备方法如下采用电子束蒸发方法在双面抛光的石英衬底上镀IT0薄膜100 nm,方块电阻为20欧姆左右，然后再用同样的方法镀5 nm SiO.,。 采用旋转涂敷法在Si02衬底上制备厚度900醒的PVK: CdSe/ZnS聚合物介质薄 膜。最后用直流溅射的方法蒸镀100 nm薄膜作为电极。权利要求1.一种基于量子限制斯塔克效应的量子点光学调制器，其特征在于该光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于量子限制斯塔克效应的量子点光学调制器，其特征在于：该光度调制器由四层薄膜顺序覆盖排列组成；自上至下，第一层为第一ＩＴＯ的薄膜（１），第二层为ＰＶＫ薄膜（２），第三层为ＳｉＯ↓［２］薄膜（４），第四层为第二ＩＴＯ的薄膜（３），第五层为玻璃基板（５）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张家雨，王志兵，李君劲，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]