二氧化钒薄膜测试研究(4)

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1.3.2光开关及光存储

光开关器件是光通信技术领域中应用非常广泛的一种器件，光开关、光交换技术在光纤通信、纤维光学测试技术、光传感技术、光网络传输与监控等领域具有重要而广泛的应用。特别是在全光通信网络和系统中，光开关技术可以实现波长、路由的灵活多样选择，以及资源的动态优化配置，分插复用(OADM)和光传送链路或节点的交叉连接(OXC)，以及光路的恢复与保护等功能，为当前光通信领域重要的研究热点之一，新型光开关器件的开发和研究成为重中之重。而近年来全光网络技术的发展对新型光开关器件的研制提出了更高的要求：消光比大、插入损耗小、开关速度快、工作寿命长、功耗低、结构微型化易于集成和价格低廉等。全光网络技术是未来光通信技术的必然发展趋势，根据统计，全光网络技术的应用，可将使设备费用节省 90%，网络的运行费用节省 70%。截至 2005 年，美国的光交换技术已经创造了超过 11 亿美元的市场份额[9]。论文网

利用VO2的超快相变特性，应用于全光开关器件具有消光比高、开关速度快、插入损耗低、偏振敏感性低、制作工艺与微电子工艺兼容、体积微小易于集成、可以组成光开关阵列等优点，在未来全光网络多路交换、光调制、波长转换等方面具有重要应用前景。

近几年，国外科研人员已从过去偏重于对VO2热致相变机理及其热探测器件的研究方向调整到VO2超快光激励相变研究与响应的器件制作；国内对VO2在光开关领域的应用研究基本属于空白。主要是天津大学、华中科技大学等单位开展了有关VO2光开关材料及器件的研究。

VO2薄膜材料的另一个重要应用是可用作光存储器。在上世纪 70 年代，对于VO2光存储器的研究是基于其热致相变的原理实现的，由于加热引起的温度变化较为缓慢，因此，这种光存储器具有较慢的写入速度，因此，在 80 年代后相关研究逐渐变少。但是在 2006 年，由 S.Lysenko 等人发表的一篇关于VO2薄膜光致相变机理研究的文章，引起了人们的注意，光致相变原理完全不同于热致相变。VO2薄膜与常见的光记录介质材料相比，具有非常快的光致相变速度[10]。当VO2薄膜在飞秒泵浦光(130fs)的激励下，能达到的最快的相变速度接近 100fs。所以，以VO2薄膜作为记录介质材料所做成的光存储器可以实现超快的写入速度，并且远远快于目前主流的光存储器，所以，具有很好的市场前景。目前，蓝光光盘的写速度是 4 倍度，能在 1 分钟的时间内刻录 1G 的数据，最快数据传输时，速度可以达到 144M/s；它的单面存储容量可达 50 GB。

在军事领域，[11]氧化钒薄膜可用作激光防护层。利用强能量的激光束攻击敌方的卫星或者其它光学监测设备，导致敌方通讯或者侦查设备失效，在未来将是战争中争取主动权、获得战略优势的重要方法。保护卫星和其他类型的光学观测设备能够在战争中保持正常运行，提高军用设备中摄像头的抗激光击打能力，是现代军事科技的重要命题。此时就可以利用VO2薄膜的光致相变特性，当强激光照射到VO2薄膜上时，VO2薄膜可以吸收部分光能量从而导致薄膜自身温度升高，当温度超过相变点时，VO2薄膜在红外波段和可见光的透射率会下降两个数量级，因此，可以有效地阻止光能量的通过，保护光学设备。

根据文献资料，日照辐射中98%的能量都集中在近红外波段和可见光范围，而在这个波段中，室温下，VO2薄膜正好具有较高的透射率，在高温区VO2薄膜具有极低的红外和可见光波段的透射率。如果相变点调节至室温附近，当温度在相变点附近变化时，这时VO2薄膜的透射率变化幅度极大，就可以对太阳热辐射起到阻挡作用，导致室内的温度降低。当温度低于相变点时，VO2薄膜的效果就会正好相反，透射红外波段，使室内温度升高[12]。根据VO2薄膜的这个特点，可以将VO2制成用来控制室温的建筑用涂层，达到控制室内温度的目的，有利于低碳环保，也就是智能窗的定义与作用。