SiO_2单层膜的反常色散研究

利用等效折射率概念分析了SiO2单层膜反常色散出现的原因,并在1.1 m镀膜机上证明了理论分析的合理性.结果表明,理论分析与实验结果一致,沿薄膜厚度方向折射率的对称周期变化使薄膜的等效折射率变化在可见光波段与致密膜层的变化不一致,表现出反常色散的现象.膜厚方向折射率变化周期越大,等效折射率随波长增加的趋势就越大,薄膜表现出的反常色散特性越明显.沿膜厚方向折射率变化幅度的对色散特性影响次之.     

一种获得GaAs/GaAlAs多量子阱材料带边附近折射率色散关系的方法

本文提供了一种在GaAs/GaAlAs多量子阱(MQW)材料的直接带边附近折射率参数色散关系的获得方法。其特点是在多层介质膜系统中用光学传递矩阵对MQW进行处理的基础上引入室温激子振荡因子,然后对材料的实验反射谱进行拟合。这种色散关系对于光电器件设计及其理论期望来讲是十分重要的。这种方法除能得到折射率实部与虚部的色散关系外,还可得到激子共振吸收谱。 关键词：     

基于透射光谱确定溶胶凝胶ZrO2薄膜的光学常数

基于溶胶凝胶ZrO2薄膜的紫外/可见/近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了ZrO2薄膜在200-1200 nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现,溶胶凝胶ZrO2薄膜具有高折射率(1.63-1.93,测试波长为632.8 nm)、低吸收和直接能量带隙(4.97-5.63 eV) 等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺参数--膜层后处理温度表现出强烈的依赖性.此外,在膜层的弱吸收和中等吸收光谱区域内,计算得到的折射率色散曲线与分光光度法的测试结果基本符合,说明本实验中所建立的计算方法在确定溶胶凝胶ZrO2薄膜光学常数方面的可靠性.     

基于GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱光子晶体的窄带滤波器

讨论了利用GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱构成的一维光子晶体实现窄带滤波的原理.研究了外加电场下GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱的激子吸收所导致的反常色散行为.研究发现,在反常色散材料的共振频率附近,存在一个较强色散且吸收很小的区域,该区域内的色散可以在PCs的带隙中产生一个窄的通频带,其对应的最大透过率约为0.73,全固态滤光器的带宽约为4.9 nm,并可利用外加电场进行调谐,这将为设计一种全新的固态滤波器提供指导.     

基于GaAs/Al_xGa_(1-x)As多量子阱光子晶体的窄带滤波器

讨论了利用GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱构成的一维光子晶体实现窄带滤波的原理.研究了外加电场下GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱的激子吸收所导致的反常色散行为.研究发现,在反常色散材料的共振频率附近,存在一个较强色散且吸收很小的区域,该区域内的色散可以在PCs的带隙中产生一个窄的通频带,其对应的最大透过率约为0.73,全固态滤光器的带宽约为4.9nm,并可利用外加电场进行调谐,这将为设计一种全新的固态滤波器提供指导.     

溶胶-凝胶制备ZnO-SiO2复合膜的量子效应和上转换发光

采用溶胶-凝胶技术在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜和ZnO-SiO2复合膜.原子力显微镜照片显示ZnO薄膜具有球状纳米晶粒;可见光-紫外透射光谱表明ZnO-SiO2复合膜在可见光区的透过率大约是85%,透过率从330 nm开始下降,到290 nm附近降为零.由于量子效应,吸收边出现明显的蓝移.在室温下用不同波长的光激发ZnO-SiO2复合膜,光致发光谱显示ZnO-SiO2复合膜对应于激子发射的290 nm附近的紫外发光峰与透射谱所显示的吸收边位置一致,没有出现斯托克斯红移.同时,ZnO-SiO2复合膜出现了双光子和三光子吸收现象和上转换发光现象.     

射频磁控共溅射GaAs/SiO2纳米颗粒镶嵌薄膜的光学性质

应用射频磁控共溅射方法和真空退火方法制备了GaAsSiO2纳米颗粒镶嵌薄膜.X射线衍射实验结果表明,经高温退火的薄膜中形成了面心立方闪锌矿结构的GaAs纳米晶粒,晶粒平均直径为1.5—3.2nm.吸收光谱展示了由于强量子限域引起的1.5—2eV的吸收边蓝移.室温光致荧光(PL)光谱显示了电子重空穴激子与电子劈裂空穴激子的近紫外和紫外双PL谱峰以及深俘获态的PL谱峰.对实验吸收边蓝移量与有效质量模型的蓝移量的悬殊差别、俘获态PL谱的形成以及PL谱线的特征作了解释.应用激光Z扫描技术测量了退火温度为500℃的复合膜在非共振条件下的光学非线性,结果表明,复合膜的非线性折射率系数和非线性吸收系数都比块材GaAs相应的系数增大了5个数量级.光学非线性系数增大主要起因于强量子限域效应 关键词： 射频磁控共溅射 GaAsSiO2纳米颗粒镶嵌薄膜 光谱 激光Z扫描     

相变及空位缺陷对高压下GeO_2光学性质的影响

本文采用第一性原理方法,在100 GPa的压力范围内,计算了GeO_2理想晶体和含锗、氧空位点缺陷晶体的光学性质.吸收谱数据表明,压力诱导的三个结构相变对GeO_2晶体的吸收谱均有影响:第一个相变将导致其吸收边蓝移,而第二和第三相变将使得其吸收边红移.锗和氧空位点缺陷的存在将导致GeO_2的吸收边红移,但氧空位点缺陷引起的红移更明显.尽管如此,分析发现,在100 GPa的压力范围内,压力、相变以及空位点缺陷等因素都不会导致GeO_2晶体在可见光区出现光吸收现象(是透明的).波长在532 nm处的折射率数据显示,在GeO_2的四个相区,其折射率均随压力增加而降低;而且,GeO_2的三个结构相变以及锗、氧空位点缺陷都会导致其折射率有所增大.本文预测,GeO_2有成为冲击光学窗口材料的可能.     

受激拉曼散射对非线性介质波导的时空不稳定性影响

基于非线性包络方程我们研究了平面非线性介质波导中的时空不稳定性,得到了有拉曼散射效应情形下不稳定性调制的增益谱的表达式.结果表明在正常和反常两种群速度色散情形下,拉曼散射效应都会导致出现新的不稳定性区域,并且使原有的每一个谱分量的增益上升从而使谱的范围扩大.并通过分析反常色散情况下四种不同函数分布的非线性色散介质系数对不稳定性增益谱的影响,得到呈双曲函数分布的非线性色散介质最为理想.     

相变及空位缺陷对CaF2在高压下光学性质的影响

本文采用第一性原理方法, 计算了CaF2的理想晶体和含钙、氟空位点缺陷晶体在100 GPa压力范围内的光吸收谱和折射率. 吸收谱数据表明, 压力因素诱导的两个结构相变对 CaF2的吸收谱均有影响: 第一个相变将导致其吸收边蓝移, 而第二个相变却引起其吸收边红移. 钙空位点缺陷会使得CaF2的吸收边微弱蓝移, 但氟空位点缺陷却导致其吸收边有显著的红移. 然而, 这些红移的行为并未使得CaF2晶体在250-1000 nm的波段范围内出现光吸收的现象（是透明的）. 532 nm处的折射率数据显示, 在 CaF2的三个结构相区（Fm3m、Pnma、P63/mmc相区）, 其折射率均随压力增大而增加; 同时, 高压结构相变以及氟空位点缺陷也使得CaF2的折射率增大, 但钙空位点缺陷却导致其折射率减小. 数据分析表明, CaF2晶体有成为冲击窗口材料的可能, 本文所获得的信息对未来的实验研究有参考价值.     

VO_2薄膜Vis-NIR及NIR-MIR椭圆偏振光谱分析

采用射频磁控溅射在石英玻璃基底上反应溅射制备单斜相(M相)VO_2薄膜.利用V-VASE和IR-VASE椭圆偏振仪及变温附件分别在0.5—3.5 eV(350—2500 nm)和0.083—0.87 eV(1400—15000 nm)入射光能量范围内对相变前后的VO_2薄膜进行光谱测试,运用逐点拟合的方式,并通过薄膜的吸收峰的特征,在0.5—3.5 eV范围内添加3个Lorentz谐振子色散模型和0.083—0.87 eV范围内添加4个Gaussion振子模型对低温态半导体态的薄膜椭偏参数进行拟合,再对高温金属态的薄膜添加7个Lorentz谐振子色散模型对进行椭偏参数的拟合,得到了较为理想的拟合结果.结果发现:半导体态的VO_2薄膜的折射率在近红外-中红外基本保持在最大值3.27不变,且消光系数k在此波段接近于零,这是由于半导体态薄膜在可见光-近红外光范围内的吸收主要是自由载流子吸收,而半导体态薄膜的d//轨道内的电子态密度较小.高温金属态的VO_2薄膜的折射率n在近红外-中红外波段具有明显的增大趋势,且在入射光能量为0.45 eV时大于半导体态的折射率;消光系数k在近红外波段迅速增大,原因是在0.5—1.62 eV范围内,能带内的自由载流子浓度增加及电子在V_(3d)能带内发生带内的跃迁吸收,使k值迅速增加;当能量小于0.5 eV时k值变化平缓,是由于薄膜内自由载流子浓度和电子跃迁率趋于稳定所致.     

Optical properties of amorphous HF–In–Zn–O thin films estimated from transmission spectra

Amorphous and flat (<1 nm roughness) Hf–In–Zn–O thin films were prepared by radio frequency (rf) magnetron sputtering method at room temperature (RT) and at 300 °C substrate temperature. The crystal structure and surface morphology were investigated by high resolution X-ray diffraction (HR-XRD) and atomic force microscopy (AFM), respectively. Optical properties of these films were obtained from the UV–VIS–NIR transmission spectra, at normal incidence, over the 200–2000 nm spectral range. Swanepoel's method was used to calculate the thickness and the refractive index of the films. The dispersion of refractive index was obtained in terms of the single-oscillator Wemple–DiDomenico model. The optical absorption edge was described using the direct transition model proposed by Tauc. The film deposited at higher substrate temperature had lower optical band gap, higher refractive index, higher oscillator strength and energy of the effective dispersion oscillator. Optical characterization shows that films become more stable, relaxed and rigid at higher substrate temperature.     

Optical constants for Ge30− x Se70Ag x (0 ≤ x ≤ 30 at%) thin films based only on their reflectance spectra

In this paper, different homogenous compositions of Ge_{30? x} Se₇₀Ag _x (0?≤?x?≤?30 at%) thin films were prepared by thermal evaporation. Reflection spectra, R(λ), for the films were measured in the wavelength range 400–2500?nm. A straightforward analysis proposed by Minkov [J. Phys. D: Appl. Phys. 22 (1989) p.1157], based on the maxima and minima of the reflection spectra, allows us to derive the real and imaginary parts of the complex index of refraction and the film thickness of the studied films. Increasing Ag content at the expense of Ge atoms is found to affect the refractive index and the extinction coefficient of the films. The dispersion of the refractive index is discussed in terms of the single-oscillator Wemple–DiDomenico model. Optical absorption measurements were used to obtain the fundamental absorption edge as a function of composition. With increasing Ag content, the refractive index increases while the optical band gap decreases. The compositional dependence of the optical band gap for the Ge_{30? x} Se₇₀Ag _x (0?≤?x?≤?30) thin films is discussed in terms of the chemical bond approach.     

Interrelation between optical, refractometric, and lattice parameters of Cu6P(S1−x Sex)5I crystals

The influence of the compositional disordering on the energy of the fundamental absorption edge and the refractive index dispersion of the crystalline solid solutions Cu₆P(S_1?x Se_x)₅I is studied. It is shown that the concentration dependences of the optical pseudogap width, the refractive index, and the lattice parameter in these crystalline solid solutions are interrelated.     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5 nm~114 nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32 nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32 nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质(英文)

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5nm～114nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

有机高聚物PPQ薄膜的反常群速色散

通过对ＰＰＱ薄膜的吸收光学谱的计算分析，由Ｋｒａｍｅｒｓ－Ｋｒｏｎｉｇ关系得到ＰＰＱ膜在５５０ｎｍ～７００ｎｍ左右波段存在负群速色散区，并且色散量对相对较小，│β２│〉１．２ｐｓ＾２／ｍ，这使得对飞秒激光脉冲在ＰＰＱ平面光波导中的传输的传输的描述可以忽略色散顶，根据这一间化，仅考虑自相位调制（ＳＰＭ）效应，由于飞秒对撞锁激光脉冲的光谱展宽民计算的ＰＰＱ的非线性折射率系数ｎ２，与报道的结果吻合很好。     

光子晶体线缺陷波导中的折射率相位移调制增强效应

在传统的基于全内反射原理的低折射率比介质波导所构建的相位移调制型光学器件中,调制区域的长度通常在毫米到厘米量级.由于器件横向尺寸保持在微米量级,因此狭长结构成为了传统光波导器件的典型特征,这限制了光学器件集成度的提高,严重制约了集成光路的进一步发展.光子晶体的出现为高密集成光路的发展提供了一条新的途径.本文使用平面波展开方法计算了光子晶体线缺陷波导中的色散曲线.研究发现:在色散曲线下边缘处,材料折射率的一个微小变化可以引起传输常数的较大变化,如果工作频率点选择在带下边缘附近,则可以大幅度减小相位移调制型器件调制区域的长度.本文使用时域有限差分方法进一步验证这种增强效应,计算结果表明,对于0.46%的折射率变化,光子晶体线缺陷波导中的相位调制长度仅为均匀媒质中相位移调制长度的11.7%.通过以进一步研究,这种增强效应有望应用与高密度集成光路.     

Fused silica as a composite nanostructured material

A method for calculating the refractive index of optical fused silica by applying the model of effective permittivity of composite homogeneous media is proposed and realized. The calculation was performed using the tabular data of the refractive index of crystalline α quartz and the ratio of the quartz glass and α quartz densities. It was suggested that fused silica contains nanosized pores with a glass filling number q immersed in a matrix with a density differing from the α quartz density by a factor of κ, where κ is slightly less than unity. It was established that the Maxwell-Garnett model makes it possible to calculate the refractive index of quartz glass and its dispersion in the transparency range (404 nm ≤ λ ≤ 671 nm) with a deviation less than 0.0002 from the tabular values. The calculated and experimental values coincide at q = 0.155 and κ = 0.986.     

Photoinduced optical absorption and 400-nm luminescence in low-germanium-content optical f iber preforms irradiated with ArF and KrF excimer-laser light

The optical absorption spectrum and the 400-nm photoluminescence (PL) of a 1.4-mol. % Ge photosensitive optical fiber preform subjected to high fluence of 193-nm ArF and 248-nm KrF excimer-laser irradiation are measured. The largest absorption increases occur near 200 nm in both cases, but a small net bleaching of absorption is obtained near the laser wavelength for KrF irradiations. The blue PL decreases during ArF exposure but increases with the KrF laser. In similarly excited 9-mol. % Ge fiber preforms the blue PL always decreases. A study of the PL intensity as a function of irradiating laser light intensity shows no evidence of multiple photon absorption effects.