蓝宝石单晶光纤包层制备的研究

论文摘要

本论文具体阐述了两种工艺方法:低压化学气相沉积法（LPCVD）和原子层沉积法（ALD）以在蓝宝石单晶光纤表面沉积薄膜。目的是想制备与蓝宝石光纤具有良好兼容性和稳定性的光纤包层,从而既解决光在光纤内部传输时光损耗问题,又为光纤提供了有效的保护。蓝宝石单晶光纤具有优异的物理和化学性能,在高温光纤传感和近红外传感等领域都有非常好的应用前景。但它与石英光纤和聚合物光纤不同,由于自身制备工艺的限制,蓝宝石光纤是无包层的单晶光纤,即裸光纤。为了延长光纤的寿命,扩大光纤的工作范围,需对蓝宝石光纤表面进行包层生长。经过理论分析,选择六方氮化硼（hBN）和氧化铝作为包层研究对象。hBN和氧化铝薄膜具有优良的物理和化学性能,满足蓝宝石光纤对包层材料性质的要求。目前国内外对蓝宝石光纤包层的研究十分的热衷,但是对利用化学气相沉积制备hBN薄膜以及利用原子层沉积法制备氧化铝作为光纤包层的研究还未见报道。化学气相沉积法适合于制备致密均匀的hBN薄膜;原子层沉积法能够实现对氧化铝薄膜厚度和密度的精确控制,方便获得具有所需折射率的包层薄膜。本文便是围绕着蓝宝石光纤包层的材料选择、制备工艺和薄膜性质进行研究。论文分别详述了两种制备包层的工艺方法,一种是利用LPCVD在蓝宝石光纤表面生长hBN薄膜,hBN薄膜经SEM,Raman,椭偏分析的结果显示,基于LPCVD在蓝宝石光纤表面生长hBN的工艺是可行的。1000℃下蓝宝石光纤上生长的hBN薄膜比较致密均匀,且结晶性能良好。并且利用该工艺在光纤上生长的hBN薄膜的结晶性质与平面衬底上生长材料的结晶性能保持一致。另外本论文也基于原子层沉积技术在蓝宝石单晶光纤表面沉积生长氧化铝薄膜,对薄膜进行退火工艺处理,结果显示退火工艺的处理,使得薄膜内部区域的空洞和微裂纹等缺陷大部分减少,1200℃到1300℃退火温度下,薄膜结构显得更加致密和均匀,且结构中的孔洞不再存在;氧化铝的折射率随着退火温度的升高呈现先升高后趋于稳定的趋势,当退火温度在1200℃和1300℃之间时,折射率趋于稳定,数值大概在1.726;退火后的氧化铝薄膜内部存在Al-0结晶相,1200℃和1300℃退火处理后的氧化铝薄膜的晶相与γ-Al2O3和θ-Al2O3更相似。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 实验材料与研究方法
•   2.1 实验原材料
•     2.1.1 六方氮化硼材料的介绍
•     2.1.2 氧化铝材料的介绍
•   2.2 低压化学气相沉积（LPCVD）工艺简介
•     2.2.1 低压化学气相沉积法基本原理
•     2.2.2 实验装置
•     2.2.3 LPCVD法制备薄膜的工艺流程
•   2.3 原子层沉积法（ALD）工艺简介
•     2.3.1 原子层沉积法基本原理
•     2.3.2 实验装置
•     2.3.3 ALD法制备氧化铝薄膜的工艺流程
•   2.4 表征方法
•     2.4.1 扫描电子显微镜（SEM）
•     2.4.2 X射线衍射测试（XRD）
•     2.4.3 拉曼光谱（Raman）
•     2.4.4 傅立叶变换红外光谱（FTIR）
•     2.4.5 椭偏仪（Ellipsometer）
•   2.5 本章小结
• 第3章 基于LPCVD法光纤表面六方氮化硼薄膜的制备
•   3.1 基于LPCVD法在单模光纤表面制备hBN薄膜
•     3.1.1 单模光纤表面hBN薄膜的制备
•     3.1.2 生长温度对单模光纤表面h BN薄膜结晶性能的影响
•   3.2 基于LPCVD在蓝宝石单晶光纤表面生长hBN
•   3.3 本章小结
• 第4章 基于原子层沉积法的蓝宝石单晶光纤包层的制备
•   4.1 基于ALD法蓝宝石光纤表面氧化铝薄膜的制备
•   4.2 不同退火温度处理后氧化铝的表征分析
•     4.2.1 退火处理后的SEM分析
•     4.2.2 退火处理后的椭偏分析
•     4.2.3 退火处理后的XRD分析
•   4.3 本章小结
• 第5章 总结
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 海珊

导师: 陈岐岱

关键词: 蓝宝石光纤,光纤包层,低压化学气相沉积,原子层气相沉积,氧化铝

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 吉林大学

分类号: TN253

总页数: 59

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