中远红外隐身光子晶体薄膜的制备及隐身特性

采用传输矩阵法和蒸发镀膜工艺,设计并制备了一种中、远红外双波段兼容隐身的光子晶体薄膜。测量了该光子晶体膜层的实际厚度和中、远红外光谱反射率,所得结果与理论设计相吻合。研究结果表明,与红外隐身涂层和常规迷彩布两种传统红外隐身材料相比,光子晶体薄膜在中、远红外双波段抑制红外辐射的能力最强;室外环境辐照对光子晶体薄膜在8~14μm及3~5μm波段隐身效果的影响较小。     

柔性PMMA反蛋白石结构薄膜的制备及表征

以粒径为270 nm的SiO_2微球胶体晶体作为模板,向其中填充过量单体MMA,热聚合后形成SiO_2/PMMA复合结构光子晶体,将此光子晶体浸泡入浓度为20%的HF溶液中,刻蚀半小时后得到脱离ITO玻璃基板的柔性PMMA反蛋白石结构薄膜.该薄膜为周期有序的三维多孔结构,孔径大小均一,约为210 nm,外观蓝紫色与测试得到的带隙位置相对应.分析其微观形貌可知,对模板的过量填充产生了一层附着于胶体晶体上表面的PMMA致密层,致密层与其下层PMMA反蛋白石结构骨架在热聚合过程中由于体积收缩产生一定的应力差,使反结构薄膜自发从原基板脱离,从而获得柔性反蛋白石结构光子晶体.该薄膜可用于柔性光子晶体器件的制备.     

近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身光子晶体研究

为实现飞行器高温部分的红外与激光兼容伪装,设计了一种基于一维光子晶体的近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身材料。基于薄膜的传输矩阵法和异质结构理论,拓展了光子晶体的禁带宽度,使之覆盖近中红外波段;随后,利用掺杂原理,在光子晶体周期结构中引入了两种缺陷。结果显示,在1~5μm的带隙中出现了波长分别为1.06μm和1.54μm的缺陷模,反射率分别为1.21%和1.79%,这种具有"光谱挖空"特性的光子晶体可以实现近中红外与1.06μm和1.54μm激光兼容隐身。     

大直径聚苯乙烯小球自组织方法制备高质量opal晶体

通过改进样品池的结构和其他实验条件，用气压法制备了大直径聚苯乙烯小球（直径为1 μm和700 nm）的人造蛋白石（opal）样品，并测量了其能带特性.对于制备能带位置在红外波段的三维光子晶体，这一实验结果将有很广阔的用途. 关键词： 光子晶体 光子带隙 人造蛋白石（opal）     

FCC结构胶体光子晶体的制备及其带隙特性测量

基于对光纤传输特性和胶体光子晶体制备方法的研究,提出了用外加电场控制的方法制备光子带隙位于通讯波段的FCC结构的胶体光子晶体,并用光纤系统测试胶体光子晶体的带隙特性.采用RSOFT模拟了胶体光子晶体的带隙,分析了带隙位于通讯波段时所需的胶体微球的基本参量(微球折射率和直径).采用自组装的方法,用步进电机控制玻璃基片向上的拉升速率.速率为5 μm/s,同时外加一电场.用扫描电镜观测胶体晶体的表面形貌,并设计了单模光纤系统测量胶体光子晶体的带隙特性.测试的透射谱线表明胶体光子晶体的带隙中心波长为1552 nm.测试结果和模拟结果具有很好的一致性,误差只有2 nm.     

低压化学气相沉积技术制备锗反蛋白石三维光子晶体

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散SiO2微球组装形成三维有序胶体晶体模板,用低压化学气相沉积法填充高折射率材料锗,酸洗去除SiO2模板,获得了锗反蛋白石三维光子晶体.通过扫描电镜、X射线衍射仪和紫外-可见-近红外光谱仪对锗反蛋白石的形貌、成分、结构和光学性能进行了表征.结果表明:锗在SiO2微球空隙内具有较高的结晶质量,填充致密均匀.通过改变沉积工艺,可控制锗的填充率;制备的锗反蛋白三维光子晶体具有明显的光学反射峰,表现出光学带隙效应.测试的光学性能与理论计算基本吻合.     

低压化学气相沉积技术制备锗反蛋白石三维光子晶体

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散SiO2微球组装形成三维有序胶体晶体模板,用低压化学气相沉积法填充高折射率材料锗,酸洗去除SiO2模板,获得了锗反蛋白石三维光子晶体.通过扫描电镜、X射线衍射仪和紫外-可见-近红外光谱仪对锗反蛋白石的形貌、成分、结构和光学性能进行了表征.结果表明：锗在SiO2微球空隙内具有较高的结晶质量,填充致密均匀.通过改变沉积工艺,可控制锗的填充率;制备的锗反蛋白三维光子晶体具有明显的光学反射峰,表现出光学带隙效应.测试的光学性能与理论计算基本吻合.     

非密堆积TiO2空心微球光子晶体的制备与能带分析

利用胶体自组装、高温烧结和HF酸刻蚀技术,制备了SiO₂微球非密堆积面心立方(FCC)结构的胶体晶体,并以此为模板,利用溶胶凝胶方法和NaOH湿法刻蚀技术制备了TiO₂空心微球非密堆积FCC结构光子晶体.利用电子显微镜分析了晶体的结构,用平面波展开法对该结构进行了能带计算与分析.计算结果表明,制备的TiO₂空心微球非密堆积FCC结构光子晶体在低能区的第二、第三能带之间除布里渊区的W点仍保持简并外,其余各点简并都已经消除. 关键词： 空心微球 非密堆积 光子晶体 光子带隙     

Ge30Sb8Se62硫系玻璃的制备及其10.6μm低损耗空芯光子带隙光纤的设计

硫系玻璃光子晶体光纤在中远红外激光传输领域具有广阔的应用前景。制备了红外波段具有优良透过特性的Ge30Sb8Se62硫系玻璃,并以此为基质材料设计了一种适合于高功率中红外激光传输的带隙型光子晶体光纤。利用平面波展开法和有限元法分析了不同结构下该光纤的光子带隙、模场面积和限制损耗特性。通过优化光纤的结构参数,获得了在10.6μm处限制损耗小于0.1dB/m的大模场(模场面积大于100μm2)光子晶体光纤。     

SiO2纳米微球表面结构在可见光波段的减反特性

研究了不同尺寸SiO2胶体微球形成纳米结构薄膜的光学传输特性和光子带隙。通过在玻璃基底上自组装透光的SiO2胶体微球形成胶体晶体薄膜, 依据布拉格定律,分析微球尺寸对胶体晶体光子带隙的影响。为实现可见光波段的全方位减反射,提出通过改变胶体粒径将胶体晶体带隙位置移动至紫外波段,理论计算得出当粒径为112 nm,占空比为0.45时能实现可见光波段0.5%的平均反射率。实验结果表明,玻璃基底在400~800 nm间的平均反射率从4.3%降低至0.7%,最小反射率达0.3%。通过控制微球粒径移动光子带隙位置,优化晶体结构参数实现了可见光波段的减反射,有效提高了光学组件对可见光的利用率。     

Mid infrared band gap properties of 3-dimensional silicon inverse opal photonic crystal

By the solvent vaporization convection self-assembly method, 1.86 μm silica microspheres were assembled into a colloidal crystal template with long-range order. High refractive index silicon was then filled in the voids of the silica template by the low pressure chemical vapor deposition method. A 3-dimensional silicon inverse opal photonic crystal was obtained with a photonic band gap simulated by a plane wave expansion method. Its micro modality and photonic band gap properties were characterized by scanning electron microscopy and Fourier transform IR spectrometer. There was a good agreement between the measured spectra and the simulated results. The tilt-angle reflectance spectra showed that an obvious reflection peak at 3319 nm stayed in existence with different incidence directions. This result proved that silicon inverse opal has a complete photonic band gap in the mid infrared range. This study opens up an opportunity to create Si-based photonic crystal devices for atmosphere mid infrared photodetection.     

低损耗Ge-As-Se-Te硫系玻璃远红外光纤的性能分析

中、远红外光学领域的发展,离不开低损耗光波导材料的发展,因此近年来远红外低损耗光纤一直是光学领域的热点之一.本论文在国内首次报道了一种基于挤压法的低损耗远红外光纤制备技术,获得了具有完整结构的远红外光纤,其损耗为:0.46 d B/m@8.7μm,1.31 d B/m@10.6μm,整体低于1 dB/m@7.2—10.3μm.在实验过程中,首先采用传统的熔融淬冷法和蒸馏纯化工艺制备了Ge-As-Se-Te玻璃样品.利用X射线衍射仪和热膨胀仪等测试了玻璃的结构和物理性质,分析了Ge对玻璃热学性质的影响;利用分光光度计、红外光谱仪等研究了玻璃的光谱性质;综合比较了还原剂铝、镁的除氧效果.最后采用挤压法制备了芯包结构光纤.实验结果表明:镁的除氧效果佳,新型挤压制备工艺和有效提纯技术共同推进了硫系光纤损耗的降低,所获得的Ge-As-Se-Te光纤具有远红外广谱应用的潜能(其透光波长接近12μm).     

掺Er3+钆硼硅酸盐玻璃及玻璃陶瓷的红外发光特性和热稳定性

报道了一种新型可作为掺铒光纤放大器(EDFA)基质材料的Er³⁺掺杂B₂O₃-SiO₂-Gd₂O₃-Na₂O(BSGN)体系玻璃及其玻璃陶瓷。对材料中铒的⁴I_13/2→⁴I_15/2跃迁的1.5μm发射光谱、吸收光谱、时间分辨光谱及寿命进行了测量和分析,讨论了热处理对玻璃材料带宽和寿命的影响。结果表明,铒掺杂玻璃1.5μm发射的带宽和J-O参数Ω₆都随B₂O₃含量的增加而增加,寿命随B₂O₃含量的增加而减小。经过热处理后得到的玻璃陶瓷比具有相同组分的玻璃具有更高的1.5μm发射效率。同时,差热分析的数据表明,该玻璃体系具有极好的热稳定性。     

中远红外非线性光学晶体研究进展

3—5μm和8—12μm波段中远红外激光,在国防和民用领域均具有广泛的应用,作为全固态激光频率转换系统的核心部件,非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发,总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物(ZnGeP_2,CdSiP_2)、硫属化合物(CdSe, GaSe, LiInS_2系列,BaGa_4S_7系列)以及准位相匹配晶体(OP-GaAs, OP-GaP)等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.     

SiO2薄膜内部短程有序微结构研究

SiO₂薄膜是重要的低折射率材料之一, 针对离子束溅射(IBS)和电子束蒸发(EB)的SiO₂薄膜, 采用红外光谱反演技术获得在400–1500 cm^-1波数内的介电常数, 通过对介电能损函数的分析获得了两种薄膜在横向和纵向光学 振动模式下的振动频率和Si–O–Si键角.研究结果表明, 在EB SiO₂薄膜短程有序范围内, SiO₄的连接方式主要是类柯石英结构、3-平面折叠环和热液石英结构的SiO₄连接方式; 在IBS SiO₂薄膜短程有序范围内, SiO₄的连接方式复杂主要是类柯石英结构、3-平面折叠环、 4-平面折叠环结构和类热液石英结构. 关键词： 2薄膜')" href="#">SiO₂薄膜 离子束溅射 电子束蒸发 短程有序     

2D and 3D electrically switchable hexagonal photonic crystal in the ultraviolet range

Two holographic lithography systems are demonstrated for easy and large-area fabrication of 2D and 3D photonic crystal (PhC) microstructures in a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) by applying a single top-cut hexagon prism. A six-beam system has been used to produce 2D hexagonal PhCs. By adding an additional mirror, a twelve-beam system is demonstrated to fabricate 3D PhCs with ultraviolet (UV) band-gap along the z direction. A good agreement is obtained for measured PhCs structure and theoretical results. Far-field diffraction patterns and electrical switching characteristics of the 2D and 3D PhC HPDLC films have been investigated. PACS 42.15.Eq; 42.40.Eq     

Fabrication and annealing analysis of three-dimensional photonic crystals

Three-dimensional face-centered-cubic (fcc) photonic crystals (PhCs) are fabricated on quartz substrate using vertical deposition technique, and followed by annealing in a temperature range of 200-700 °C. The monodispersed SiO₂ microspheres with a diameter of 220 nm in colloidal solution are synthesized using tetraethylorthosilicate as a precursor material. The as grown opal structure exhibits a strong photonic band gap (PBG) around 450 nm in the transmission spectrum. We find that the position of PBG peak in the spectrum is relevant to incident angle of light. Moreover, it is very sensitive to annealing temperature. It quickly shifts to short wavelength direction with annealing temperature increasing. The effect results from the decrease in refraction index due to the moisture evaporation in silica microspheres.     

石榴子石热红外波谱特征研究

近年来短波红外高光谱技术已成功应用于含水含羟基蚀变矿物及矿床学研究,但是对于不含水不含羟基矿物探测效果不好,而热红外高光谱技术可以弥补这一技术缺陷,对于含Si_nO_k,SO₄,CO₃和PO₄等原子基团的矿物具有良好的应用前景。石榴子石是一种重要的含Si_nO_k 基团的岛状结构硅酸盐矿物,根据成分可分为钙铝榴石、钙铁榴石、镁铝榴石、铁铝榴石及锰铝榴石等不同端元,石榴子石成分对成矿温压环境及成矿中心预测具有重要的研究意义。目前针对石榴子石热红外波谱特征研究非常欠缺。故采集不同成分、不同颜色石榴子石样品16件,创新性地运用美国Agilent4300热红外波谱仪开展热红外波谱特征研究,同时运用美国Niton手持式XRF分析仪开展石榴子石同一测量位置的SiO₂,MgO,Al₂O₃,K₂O,CaO和Fe₂O₃等主量元素含量测试,并分析波谱吸收位置与主量元素含量之间的关系。结果表明石榴子石在热红外波段10~13 μm具有左高右低的双峰式诊断性波谱特征,在11.5 μm附近呈现一个主吸收谷,在12 μm附近有一个次级吸收谷,且主吸收谷及次级吸收谷波长位置与石榴子石Al₂O₃和Fe₂O₃含量具有良好的相关性,相关系数大于0.9,即波谱吸收谷的波长位置与Al₂O₃含量具有线性负相关关系,与Fe₂O₃含量具有线性正相关关系。据此研究结果,可以快速开展石榴子石矿物成分的野外鉴定,还可以快速开展矽卡岩矿床野外蚀变分带研究,进而指导找矿勘查。揭示了不同成分石榴子石矿物的热红外波谱特征,对其他架状硅酸盐、岛状硅酸盐、单链状硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐矿物的热红外波谱特征研究具有重要的指导意义。     

基于近红外光谱检测技术的水泥生料成分含量检测研究

近红外光谱检测技术已经成功应用于水泥生料成分的快速检测,但我国水泥企业在生产水泥生料时所用原材料品种不一,使用不同的原材料进行生产时对近红外光谱建模带来一定影响.为了研究不同原料生产的水泥生料近红外光谱建模差异,对不同地区水泥生产线所生产的水泥生料进行建模研究.选取两个不同地区水泥生产线的水泥生料样本各95份和82份,...     

鞍山式铁矿SiO2含量的热红外光谱分析方法

SiO₂含量是铁矿石质量控制的主要技术指标,亦是衡量铁矿石品质好坏的关键指标之一,对选矿方法、配矿流程的确定具有重要意义。传统的SiO₂含量测定法虽然准确度高,但工作量大,操作繁琐,花费时间长,难以快速、高效确定铁矿石中SiO₂含量。采用红外光谱辐射计Turbo FT对辽宁省鞍钢集团鞍千矿业有限责任公司的“鞍山式”铁矿样品进行热红外光谱测试,分析了光谱特征,构建了比值指数(RI)、差值指数(DI)和归一化指数(NDI),并确定光谱指数与样品SiO₂含量相关性最显著的敏感波段及对应的相关系数值;优选出与样品SiO₂含量相关性最显著的归一化指数(NDI),构建样品SiO₂含量的定量反演模型,并进行了验证。结果表明,三种光谱指数与样品SiO₂含量的敏感波段均位于余辉带特征(RF)的左边界8.06与8.2 μm处,相关系数均达到0.9以上,其中NDI与样品SiO₂含量的相关性最高;基于NDI构建了实验样品SiO₂含量的二次函数反演模型,预测误差为3.57%。该方法相对于传统的研磨化验法,具有工作强度小、便捷、快速、高效、无污染的优点,对遥感找矿也具有一定指导意义。