Proceedings - Viện Vật lý

Advances _________________________________________________________________________________in Optics, Photonics, Spectroscopy and Applications. Aug. 2006, Cantho, VietnamMÀNG SILÍC XỐP NHIỀU LỚP PHA TẠP ECBISỬ DỤNG TRONG CÁC LINH KIỆN QUANG TỬBùi Huy, Phạm Văn Hội, Phạm Thanh Bình, Trần Thị Châm,Lê Quang Huy và Đào Trần CaoViện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam18 đường Hoàng Quốc Việt, quận Cầu Giấy, Hà NộiTóm tắt: Bài báo này trình bày những kết quả bước đầu trong việc chế tạo màngdẫn sóng khuếch đại quang tích cực có cấu trúc hai lớp bằng phương pháp điệnhoá phiến silic. Các phép đo chiết suất hiệu dụng bằng phương pháp ghép lăngkính (Prism-Coupling Method), phép đo phổ tán xạ Raman nhằm xác định kíchthước nanô tinh thể, phép đo phổ huỳnh quang dừng, phép đo độ nhám bề mặt vàhiển vi điện tử phân giải cao (High Resolution Scaning Electron Microscopy) đãđược sử dụng để xác định và đánh giá các đặc tính của màng.1. Mở đầuTrong những năm 90 của thế kỉ trước, khi mà hiệu ứng huỳnh quang mạnhtrong vùng nhìn thấy ở nhiệt độ phòng của silic xốp vừa mới được phát hiện, nhiềucông trình khoa học đã tập trung nghiên cứu cơ chế phát quang [1,2] với mục đíchsử dụng vật liệu này làm các linh kiện quang điện tử [3]. Tuy nhiên, có thể xem xétvật liệu silic xốp trên một phương diện khác, khi sử dụng một đặc tính của vật liệunày là chiết suất của nó phụ thuộc vào độ xốp thì ta lại hoàn toàn có thể tạo ra đượcmàng dẫn sóng quang tích hợp (integrated optical waveguide) trên đế silic [4]. Gầnđây, việc pha tạp Er trong màng thuỷ tinh silica có chứa các nanô tinh thể silic đãđược nghiên cứu [5] và người ta nhận thấy rằng các nanô silic hấp thụ năng lượngvà truyền năng lượng này cho các ion Er mà sau đó các ion Er bức xạ ra các photoncó bước sóng 1,54 μm. Một điều đáng chú ý ở đây là cường độ huỳnh quang ở nhiệtđộ phòng tăng 2 bậc độ lớn so với thuỷ tinh silica pha tạp Er do tiết diện kích thíchcủa các ion Er tăng lên khi việc kích thích được thông qua các nanô tinh thể silic[6]. Như vậy, trên cơ sở một màng silic xốp có cấu trúc dẫn sóng được pha tạp thêmEr ta có thể tạo ra cấu trúc dẫn sóng khuếch đại quang tích cực. Và, những linh kiệnquang tử được trông đợi nhất được xây dựng từ cấu trúc dẫn sóng khuếch đại này cólẽ là các bộ khuếch đại quang học [7], laser quang sợi, laser hốc vi cộng hưởng [8]...Việc chế tạo màng dẫn sóng khuếch đại bao gồm ba công đoạn chính: (i) ănmòn điện hoá phiến silic tạo ra màng dẫn sóng gồm hai lớp với độ xốp khác nhausao cho lớp trên bề mặt (lớp lõi) có chiết suất lớn hơn lớp dưới (lớp vỏ), (ii) pha tạpEr vào màng xốp bằng điện hoá trong dung dịch chứa muối Er, (iii) oxy hoá nhiệt.321