基于硫化锌颗粒Mie谐振的光开关的制备与性能研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xieming15898575325
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电子本身迁移率及弛豫时间等多种因素,限制了电信系统的速度和带宽。而光学器件的运行速度仅受光速的限制,所以超高速大容量的全光网络是一种有效的解决电信系统瓶颈的办法,而全光开关便是全光信号处理技术中的关键元素。通过溶胶-凝胶法和浸渍法制备了以AAO模板为载体和以SiO2气凝胶为载体的两种基于ZnS的Mie谐振的光开关,并通过CST微波工作站对样品的开关性能和结构进行分析研究。首先,利用溶胶-凝胶法将分别作为硫源和锌源的硫脲和醋酸锌全部溶于异丙醇和氨水的混合溶液中制备了ZnS。其次,对于以AAO模板为载体的光开关,通过模板浸渍法将硫化锌负载到AAO模板中,成功制得了光开关样品。针对ZnS溶胶浓度、模板浸渍次数、模板大小、浸渍气氛、预处理和表面残余等因素的影响,通过对材料微观形貌的分析,探讨了最佳的制备工艺条件。真空气氛下,预处理后1 cm×1 cm大小的AAO模板在0.1 mol/L浓度的ZnS溶胶中浸渍10次,每次10 min,最后通过9.5wt%稀盐酸处理表面残余5次,得到内部ZnS排列规则、尺度均匀的光开关。通过测试分析其透射曲线,发现其Mie谐振发生在200 nm~400 nm波长范围内。对于以SiO2气凝胶为载体的光开关,以正硅酸乙酯、去离子水和无水乙醇作为混合前驱体,常压干燥制备了SiO2气凝胶。之后利用浸渍法将ZnS负载到SiO2气凝胶中,成功制得了光开关样品。通过对材料微观形貌和元素含量的分析,探究了SiO2气凝胶中ZnS颗粒的最佳负载工艺。通过样品光学性能的分析,确定ZnS颗粒成功进入SiO2气凝胶内部,且通过分析其透射曲线,发现Mie谐振在1250 nm~2000 nm波长范围内发生。最后,为了确定两种光开关的开关特性,通过CST微波工作站软件对两种光开关进行了设计和分析,发现以AAO模板为载体的光开关在ZnS粒径为150nm左右时得到了最高的开关比,但敏感性会随颗粒增大而减小。以SiO2气凝胶为载体的光开关的开关比会随着ZnS颗粒大小的增大而逐渐减小,在700 nm左右达到最低,之后随着粒径的增大,开关比会逐渐上升。以SiO2气凝胶为载体的光开关敏感性会随ZnS颗粒增大而增大。
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