(100)MgO和(100)LaAlO3高温超导基片材料THz时域光谱研究

THz波段位于微波与红外之间 ,该波段电磁波与物质的相互作用是一个崭新的研究领域 .应用THz时域光谱技术研究了两种重要的单晶基片材料 (1 0 0 )MgO和 (1 0 0 )LaAlO3的THz光谱 .在 0 2— 2THz频率范围 ,得到这两种材料在THz波段的光学参数 .结果表明 ,在THz波段MgO基片材料的折射率 n和介电系数 ε不随频率的变化而变化 ,而LaAlO3基片材料的折射率和介电系数随着频率的增加而略有增加 .在 1THz频率处 ,测得MgO的复折射率 n =3 4 6 i0 0 0 1 ,复介电系数 ε =1 2 2 7 i0 0 6 ;LaAlO3的复折射率 n =4 78 i0 0 2 ,复介电系数 ε =2 2 5 i0 2 在THz波段 ,LaAlO3基片的介电损耗tanδ约为MgO的 5倍 ,且两者的介电损耗值均小于 0 0 1 ,说明MgO和LaAlO3材料作为高温超导器件基片材料可以工作于THz波段     

CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷在太赫兹频段的介电特性研究

针对太赫兹(1 THz=1012Hz)电容器件发展的需求,研究了呈现巨介电和不呈现巨介电两种状态Ca Cu3Ti4O12(CCTO)陶瓷在THz波段的介电响应特性。在微波波段,小颗粒(Φ2μm)CCTO的介电常数εr700,无巨介电特征,而大颗粒(Φ10μm)CCTO的εr2000,呈现巨介电特征;两组CCTO陶瓷的介电损耗值Tanδ在0.1~0.6之间。然而,在THz波段,两种颗粒度CCTO的介电常数几乎完全相等(εr=72±3),且损耗不超过0.18。实验结果表明,CCTO陶瓷组分的离子极化率主导了在THz波段的介电常数εr,而大颗粒CCTO对THz电磁波的散射超过小颗粒CCTO,导致介电损耗值Tanδ上升。因此,在THz波段,降低CCTO颗粒大小不会影响介电常数,反而能够降低介电损耗。这一结果表明CCTO陶瓷是制备THz波段电容的理想介电材料。     

水合TiO2的太赫兹特性和介电动力学研究

用太赫兹时域光谱技术研究不同加热时间后水合TiO₂在0.2～1 THz波段的THz时域谱、频域谱、吸收谱、折射率谱和复介电常数。结果表明水合TiO₂在THz波段出现明显吸收峰,随加热时间增加,含水量降低,吸收系数减小;样品折射率变化位置与吸收峰位置相对应。水合TiO₂在太赫兹波中的电极化响应与频率不存在明显的关系,介电损耗随频率的升高先降低后趋于稳定,介电响应均随加热时间延长而减弱。     

可见光紫端748 THz处的高透过率负折射率材料模拟研究

提出一种以四边缺口的三层纳米方片为基本离散单元的左手材料,对单元的S参数进行仿真计算,并对反演得到的复折射率n、复介电常数ε、复磁导率μ等特性参数进行分析.结果表明,这种结构的负折射率频域分布在可见光的蓝光至近紫外区域,负折射率峰值位于可见光紫端边缘748THz处,且此时材料的品质因数(FOM)为15.4,材料损耗极小,透过率极高,有利于实际应用.     

植物油和动物脂肪在THz波段的吸收和色散

由超短激光脉冲产生的THz脉冲是具有较宽频带的电磁辐射，属于远红外波段，该波段电磁波与物质的相互作用是个崭新的研究领域.文章应用THz光谱技术研究了5种植物油和两种动物脂肪的THz光谱，得到了这些材料在0．2—1．6THz频率范围的折射率和吸收系数.结果表 明，不同种类的油脂具有不同的折射率，其中植物油的折射率随频率的增加而略有降低，其 值在1．46—1．66之间.吸收系数在0．2—1．2THz随频率的增加而增大.动物脂肪的折射率 随频率变化基本不变，并且随温度升高而增大，其值在1．4—1．52之间.吸收系数在0．2— 1．2THz随频率的增加而增大.该研究结果对于THz时域光谱技术应用于生物成像及生物医学 有重要的意义. 关键词： THz光谱技术 折射率 吸收系数 植物油 动物脂肪     

纳米Si/C/N复相粉体的微波介电特性

研究了纳米Si/C/N复相粉体在8.2—18GHz的微波介电特性,采用双反应室激光气相合成纳米粉体装置,以六甲基二硅胺烷((Me₃Si)₂NH)(Me∶CH₃)为原料,用激光诱导气相反应法合成纳米Si/C/N复相粉体,复相粉体的粒径为20—30nm.纳米Si/C/N复相粉体与石蜡复合体的介电常量的实部(ε′)和虚部(ε″)以及介电损耗角正切(tan δ=ε″/ε′)随纳米粉体含量的增加而增大,ε′和ε″与纳米粉体体积分数(v)之间符合二次函 关键词： 纳米Si/C/N复相粉体 微波介电常量 微观结构     

光纤通信光开关的物理基础(续)

4　热光开关热光开关和电光开关的结构可以相同 ,但是产生开关效应的机理不同 .这里的热光效应是指通过电流加热的方法 ,使介质的温度变化 ,导致光在介质中传播的折射率和相位发生改变的物理效应 .折射率随温度的变化关系为n(T) =n0 +Δn(T) =n0 + n TΔT=n0 +αΔT(6 9)式中 n0 为温度变化之前的折射率 ,ΔT为温度的变化 ,α为热光系数 ,它与材料的种类有关 .表 3是几种材料的热光系数 .表 3　几种材料的热光系数材料 α/ (10 - 4K- 1 )L i Nb O30 .0 4 3Si 2Si O2 1.1聚合物 1　　Δn将引起相位变化为Δφ=2 πΔn L/ λ0 =2 παL…     

碳纳米管/聚苯胺纳米复合管的制备及其微波介电特性研究

用原位乳液聚合法在碳纳米管表面包覆聚苯胺，制备出了碳纳米管/聚苯胺一维纳米复合管.复合管的直径为50—80 nm，聚苯胺包覆层的厚度为20—30 nm，聚苯胺在碳纳米管表面以层状和枝晶状两种形态生长.研究了碳纳米管/聚苯胺复合管在2—18 GHz的微波介电特性.与纯碳纳米管相比，碳纳米管/聚苯胺复合管的介电常数的实部ε′和虚部ε″在2—18 GHz随频率变化较小，在低频波段介电常数值较小，作为微波吸收剂容易实现与自由空间的阻抗匹配，而且它的介电损耗角正切(tanδ=ε″/ε′)较高，是一种很好的微波吸收剂. 关键词： 碳纳米管 聚苯胺 微波介电特性 微波吸收剂     

ZnO薄膜光学常数测量

利用Kramers-Kronig方法(K-K方法)测量了ZnO薄膜的复介电常数和复折射率(折射率和消光系数)。为了满足K-K方法所要求的条件,光源发出的光束通过一个特殊设计的中间带孔的反射镜垂直投射到ZnO薄膜表面,在ZnO薄膜表面产生的反射光穿过反射镜中间的小孔进入单色仪,从而测量出正入射情况下ZnO薄膜的反射光谱。对有限波段下测量的数据经合理的外推后,得出全波段的薄膜反射谱,然后利用K-K方法计算出ZnO薄膜的复介电常数和复折射率。实验结果表明,氧化锌薄膜在可见光范围内的折射率近似为一常数3．5;在430nm附近出现折射率最大值,而在短波长范围所对应的折射率大大降低,其值在0．5—2．5之间起伏波动。     

高温超导机理研究的新进展

在高温超导体发现后不久的1989年，Uemura等提出了一个描述欠掺杂材料的Tc关系式，即ρs=BTc，其中B是常数，超流密度ρs≡ωρs^2=4πnse^2/m^*，而ωρs是超导态等离子体频率，ns是超导态载流子密度，m^*是有效电子质量，ωρs^2=-ω^2ε1（ω→0），这里ε1(ω→0)是介电函数ε(ω)的实部在频率ω→0时的值．     

太赫兹正六边形光子晶体光纤的液体传感（英文）

设计了一种分别填充水、酒精和苯炔等边三角形空气孔纤芯、包层空气孔排列为正六边形结构、以环烯烃共聚物作为基底材料的光子晶体光纤,利用有限元法模拟了0. 3～1. 5 THz频带内的液体传感特性。结果表明,设计的光子晶体光纤的灵敏度系数很高,当纤芯空气孔直径d_1=2. 4μm、包层空气填充比为0. 3时,苯炔在频率0. 3 THz的相对灵敏性系数最高为37. 63%,在1. 5 THz,限制损耗的数量级可以降至10-7。     

γ-AlON晶体电子结构和光学性质研究

本研究在基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)框架下, 采用局域密度近似(LDA)和赝势平面波方法, 计算了平衡结构尖晶石型γ -AlON的态密度和光学性质参数．结合表征电子结构的态密度, 分析了γ -AlON在0—30 eV范围内的复介电函数以及由其导出的折射率、反射谱、 吸收谱等．理论计算得出: γ -AlON零频介电常数ε₁(0)=2.60, 折射率n₀=1.61, 在红外到近紫外以及20.23 eV以上的紫外波段,其光吸收趋近于零, 表现为光学透明. 理论计算结果与相关实验数据相一致, 为γ -AlON在光学窗口及头罩材料等方面的应用提供了理论依据和参考.     

PbB_4O_7晶体的太赫兹光谱和软光学声子

对实验测量的PbB4O7晶体样品的太赫兹(1012Hz)光谱、拉曼光谱以及红外—可见—紫外光谱进行了分析.在0.25—2.5THz波段介电函数随频率变化曲线ε(ν)出现共振型尖峰.四方面的分析表明PbB4O7晶体中存在软光学声子:1)介电函数随频率的变化曲线ε(ν)满足LST(Lyddane-Sachs-Teller)关系;2)在共振峰的频率附近(3.10THz)有很强的拉曼散射峰;3)吸收系数随频率的变化曲线α(ν)满足极化激元的特征;4)透过晶体的光子的色散关系ν(k)发生断开的畸变.PbB4O7晶体中存在软光学声子的意义在于,在满足产生极化激元的条件下,透过晶体的光子的频率会发生劈裂,分为升高和降低的两支,有可能利用这种原理来改变光子的频率.     

声波的负折射

一束光从空气射入水中,入射线和折射线将分别位于界面法线的两侧,并且入射角大于折射角,这便是通常意义下的折射定律.折射率n=±εμ,其中ε是材料的介电常数,μ是磁导率.一般情况下n为正值,这是因为,对常规材料而言,ε>0,同时μ>0,并且电磁波的电场、磁场和波矢三者构成右手关系.然而,大约在 30年前有理论学家提出,可能出现ε<0、同时μ<0的情况,此时电场、磁场和波矢之间构成左手关系.在左手关系的情况下,折射率n将取负值,入射光和折射光将位于界面法线的同一侧.这类反常的负折射率材料直到 2000年才在实验中得到展示.以上描述都是针对电…     

环状烯烃聚合物基底材料的太赫兹复介电常数和损耗特性研究

太赫兹时域光谱(THz-TDS)已被用于研究包括液体,半导体,爆炸物和气体等多种材料。然而自由空间太赫兹光谱系统存在着一些检测局限性,如微量物质难以被检测、系统尺寸难以实现微型化、空气中水的强烈吸收引起的信号衰减较大等问题。为了解决这些问题,研究人员设计了基于金属波导传输线结构的太赫兹芯片集成器件,通过飞秒红外激光激励传输线上的光电导材料实现太赫兹波的产生和检测。然而,在这些芯片上传输的太赫兹信号的频谱宽度很难达到自由空间太赫兹时域光谱系统的频带宽度,一个重要原因是由于传输信号受到随频率增加的传输线损耗所导致的衰减。通常这些损耗主要由三个部分组成：导体损耗,介电损耗和辐射损耗。研究表明：使用低介电常数材料作为共面传输线的衬底,将减少这种介电常数的失配,从而避免冲击波辐射损失;使用具有低损耗角正切的基底材料可以减少太赫兹传输线的损耗。环烯烃聚合物(COP)是一种具有环状烯烃结构的非晶性透明共聚物的材料,在太赫兹波段具有很高的透射率,为了探究这种材料是否能用于共面传输线的衬底,需要通过太赫兹时域光谱技术和介电函数理论分析它在太赫兹频段的光谱和介电特性,以及对这种材料作为基底时用在太赫兹传输线的传输特性进行仿真计算分析。使用透射式太赫兹时域光谱系统,对三种COP、熔融石英和PMMA进行了光谱测试,提取了它们的透射时域信号,采用Dorney和Duvillaret等提出的物理模型计算复介电函数。实验表明：与其他两种材料相比,COP材料在1 THz处的透过率更高,可以达到94.5%,同时介电损耗和介电常数更低,其中介电损耗在1 THz处达到4.31×10-4,因此将COP作为传输线基底材料时能有效减少基底的介电损耗。同时COP材料的介电常数在0.2～2.8 THz范围内维持在约2.3的水平,也有效减弱了辐射损耗。对实验材料基底组成的共面波导传输线进行了HFSS模拟,获得了它们的正向传输衰减系数(S₂₁ parameter),并对由基底引起的介电损耗和辐射损耗进行了计算分析。模拟和计算结果也表明在同一传输线结构下,与其他材料相比COP作为基底时的损耗更小。通过太赫兹时域光谱法与介电响应分析,表明了在太赫兹波段具有较低介电常数的COP材料更适合作为太赫兹传输线结构的基底材料,它可以有效的降低因基底引起的介电损耗和辐射损耗。这为太赫兹传输线的设计过程中衬底材料的选择与应用提供了实验和理论依据。     

介电系数对等离子体光子晶体色散的影响

应用多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下介电系数对等离子体光子晶体色散的影响,考虑Compton散射对介电系数的影响,给出了一维等离子体光子晶体色散关系式,并进行了数值模拟。结果表明:与散射前相比,当介电系数ε=1时,不出现禁带;当ε<3时,随着ε的增大,一级禁带宽先缓慢增大,再到最大值,后缓慢减小,二级禁带宽先缓慢增大后趋于饱和值0.69,较散射前减小了0.03,两禁带ε临界值为5.4,较散射前减小了0.6;当ε<5.4时,一级禁带宽明显大于二级,较散射前减小了0.04;当ε>5.4时,二级禁带宽大于一级,二者差值比散射前明显减小;截止频率和二级禁带边缘频率均向低频方向较快移动,且二级禁带边缘频率变化幅度明显大于截止频率。     

β-Zn3BPO7非线性光学晶体的光谱特性

测量了β-Zn3BPO7晶体(001)方向的红外－可见－紫外光波段的透射与反射光谱, 从而得到反射谱R透射谱T, 以及吸收系数, 并得出样品的禁带能隙Eg=3.198 eV。利用太赫兹时域光谱(THz—TDS)测量技术, 测量了THz辐射脉冲参考波形和透过样品后的信号波形, 进行傅立叶变换和简单的数学处理, 得到β-Zn3BPO7样品的介电系数的实部和虚部, 以及吸收系数的变化频谱α(ν)。在1.396, 2.002, 2.476和2.674 THz处, 分别存在明显的共振吸收峰。在THz波段的吸收较小, 特别是在0.5 T到1.5 T之间, 吸收几乎接近于零, 而样品在高频端有吸收增大的趋势。     

不同温度的牛血清白蛋白的太赫兹光谱研究

利用太赫兹时域光谱技术，测量了加热到298，308，328和348 K的牛血清白蛋白(BSA)固体样本的低频光谱，测量过程中获得了BSA样本的折射系数曲线、吸收系数曲线。由于BSA样本的THz折射系数和吸收系数光谱曲线存在重叠现象，采用主成分分析法对BSA样本的折射系数、吸收系数、复介电系数虚部及介电损耗角正切，共四个太赫兹光谱参数进行分析，发现样本未变性前，介电损耗角的正切与牛血清白蛋白样本的温度最相关，相关系数达到99.76%。采用模糊聚类方法区分变性前后的BSA固体样本，建立不同温度的BSA模糊识别模型，发现可以将未变性的样本与已经变性的样本区分开，为检测不同温度蛋白质特性的太赫兹光谱法提供新的途径。     

Sc2O3电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,研究了Sc2O3的电子结构、态密度和光学性质.计算结果表明:Sc2O3是一种直接带隙半导体,其能带宽度为3.79 eV,价带顶部主要由O的2p和Sc的3p3d杂化而成,导带主要由Sc的3d和O的2p构成.同时,文中也分析了Sc2O3的介电函数、折射率、光电导率和吸收谱等光学性质.计算得到静态介电常数ε1(0)=1.57,折射率n0 =1.25,在紫外区有较大的吸收系数.     

TFA-MOD法YBa2Cu3O（7-δ）超导薄膜的交流磁化率研究

通过三氟乙酸盐-金属有机沉积(TFA-MOD)方法在LaAlO3单晶基片上制备了YBa2Cu3O7-δ(YBCO)高温超导薄膜,并测定在垂直于a-b面的外加交变磁场下薄膜样品的交流磁化率随温度的变化关系,在频率543.2 Hz、振幅1 V条件下,样品的超导转变发生在91 K附近.交流磁化率虚部峰值温度Tp随着磁场振幅的变大而向低温区移动,随着频率的增大而向高温区移动,这些现象与磁通蠕动模型相一致,峰值温度TP与外交变磁场的振幅Hac满足Hcaε(1-Tp/Tct)n的关系,其n～1.55;而与频率之间满足1/Tp与lnf的线性关系,可能是由于TAF-MOD薄膜样品中较多孔洞和非位错缺陷的出现使其偏离一般物理气相沉积薄膜样品具有的SNS型连接(n～2).根据频率f与温度T的Arrhenius公式以及二维简约的Bean模型,得到当前薄膜样品的激活能U与电流密度J、以及J与温度T的标度关系.