氮化铝薄膜的红外吸收光谱和喇曼光谱的研究

本文报道用直流平面磁控溅射法在Si片上生长c轴高度择优取向AIN薄膜的光学特性.俄歇谱分析表明薄膜是高纯的.从红外吸收光谱上分析获得晶格振动纵、横模的频率分别为2.5×10~(13)HZ和1.8×10~(13)Hz.从喇曼光谱上分析获得AIN薄膜的光学声子频率为297、512、607、656、832cm~(-1).与几种已知的纤锌矿结构二元化合物的声子频率模式类比获得AIN的光学声子模式.进一步分析表明AIN是一种静电力大于原子间各向异性力的晶体,且声子的最高频率与r~(-3/2)N~(-1/2)成正比.     

特超声声子的激光产生和荧光检测

利用光学办法在固体中产生和检测频率为10~(12)Hz的特超声声子,以及研究这些特超声声子在固体中的行为,是近几年发展起来的新领域,对于超声物理和固体物理研究是很有意义的。本文前三部分介绍了在压电晶体中利用远红外脉冲激光的表面激发产生特超声声子,以及利用激光激发磁性离子的晶场劈裂能级,引起声子感应跃迁,产生很强的声发射。在某些情况下,可以实现受激发射。在第四部分中介绍了处于激发态的磁性离子通过声子感应吸收跃迁,可以感应出附加的荧光辐射,借助这种感应荧光可以实现特超声的相干检测。最后简要介绍了特超声声子在固体物理研究中的应用。     

特超声声子的激光产生和荧光检测

利用光学办法在固体中产生和检测频率为10~(12)Hz的特超声声子,以及研究这些特超声声子在固体中的行为,是近几年发展起来的新领域,对于超声物理和固体物理研究是很有意义的。本文前三部分介绍了在压电晶体中利用远红外脉冲激光的表面激发产生特超声声子,以及利用激光激发磁性离子的晶场劈裂能级,引起声子感应跃迁,产生很强的声发射。在某些情况下,可以实现受激发射。在第四部分中介绍了处于激发态的磁性离子通过声子感应吸收跃迁,可以感应出附加的荧光辐射,借助这种感应荧光可以实现特超声的相干检测。最后简要介绍了特超声声子在固体物理研究中的应用。     

基于声子晶体的传感隔振系统的研究仿真

利用传输矩阵法研究了镜像异质三周期一维声子晶体的振动带隙的特性,通过理论分析得出波矢与频率的色散关系表达式,根据本文设计的隔振器的材料属性与结构特征,Matlab仿真得出声子晶体隔振材料的禁带频率范围为19.8—2355Hz、2979—11775Hz、12525—23550Hz,冲击的频率范围是20Hz—2kHz,在禁带频率范围内.利用ANSYS软件对弹载传感系统进行瞬态冲击分析,验证声子晶体的抗冲击效果,获得系统的最大应力为0.035MPa,最大位移为0.12×10~(-4)mm.仿真结果验证了声子晶体型传感隔振系统在冲击方面的可靠性.     

一维压电Fibonacci类准周期声子晶体传输特性

基于传输矩阵法研究了一维压电Fibonacci类准周期声子晶体的传输特性, 比较了一维Fibonacci序列压电准周期声子晶体与非压电准周期声子晶体以及压电周期性声子晶体的透射性. 计算结果表明:弹性波通过一维准周期结构压电声子晶体时与周期性声子晶体一样会有带隙的出现, 且发现具有压电性的Fibonacci序列准周期声子晶体禁带宽度发生了展宽. 进一步讨论了入射角度对固定频率下声子透射系数的影响,结果表明一维压电Fibonacci序列准周期结构声子透射性依赖于入射角度的选取.     

关于多层薄膜微波超声换能器

在微波超声技术中,最常用的换能器之一是放在重入式谐振腔中的压电介质棒(通常为石英棒)。这种换能器的效率很低。 本文建议采用多层压电薄膜作为微波超声换能器(如图1所示)。在欲将声传入的材料棒上,相间地制备压电和非压电薄膜,每层厚度都等于该介质中的声波半波长,将此多层薄膜系统置入例如由重入式谐振腔产生的微波电场中,即可获得高效率的电声换能。     

关于高频声子的近期研究进展

近年来,关于固体中的高频声子(频率f>10~(11)Hz)的研究取得了较迅速的发展。其最重要的原因,是人们找到了几种有效的产生和检测高频声子的实验方法,即热脉冲方法,超导隧道结方法和光学方法。 1964年,Gutfeld和Nethercot第一次报道了他们在IBM实验室所做的热脉冲声子实验。他们用短的电脉冲加在康铜膜上,在传播介质中形成声子脉冲,在介质的另一表面上,用超导热辐射测量器来检测声子脉冲信号。稍后,西德的Rosch和Weis在理论上对热声子脉冲的发射谱和传播特性做了详尽的分析和计算,使热脉冲方法成为在低温下研究声子在固体中的行为的一种有力工具。在超导隧道结方法方面,1967年Eisenmenger和Dayem第一次把超导隧道结用于高频声子实验,他们用超导单电子隧道效应的弛豫过程和复合过程来产生和检测声子。在第一次实验中,他们用长度为1cm的蓝宝石作为传播介质,用Sn-SnO-Sn结作为产生器和检测器。以后,Kinder又用调制偏压的方法得到了准单色声子。1982年,Berberich等人用锡和铅的交流Josephson结产生了单色声子,其声子频率相应于Josephson频率。这种方法形成了一种新的高效率的、高频率分辨率的可调声子源。在光学方法方面,从1971年开始,Renk及其合作者在Regensburg大学开展了一系列的用光学方法产生和检测高频     

液氮温度下浅陷阱与施主作为单声子的光谱与传递实验的声子检测器

用特殊的方法可以利用深度约为0.01eV的浅线阱(或施主)来检测磷光晶体(或半导体)的单声子。在He冷却的晶体中产生的单声学声子(例如可以用热的气体原子轰击晶体表面产生)具有很长的自由程,因此能在无衰减的情况下贯穿晶体,并能释放弱束缚于晶体中的载流子。这样就可以确定声子的自由程,它的最大能量,传递速度     

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.     

La,Nb共掺杂BiFeO_3薄膜中的光致应变效应及应力调控

本文利用反射式飞秒抽运-探测技术,系统研究了飞秒激光诱导La和Nb共掺杂的铁酸铋(Bi0.8La0.2Fe0.99Nb0.01O3)薄膜中纵向声学声子的动力学过程,声学声子的产生源于光致应变效应.实验发现不同的衬底(ZrO2和PbMg1/3Nb2/3-PbTiO3)可以调制外延生长的Bi0.8La0.2Fe0.99Nb0.01O3薄膜的面外弹性系数C⊥.此外,通过对压电晶体衬底PbMg1/3Nb2/3-PbTiO3外加电压,实现了对薄膜应力的调制.     

三元混晶四层系统的表面和界面声子极化激元

运用改进的无规元素等位移模型和玻恩-黄近似,结合电磁场的麦克斯韦方程和边界条件,研究了真空/极性二元晶体薄膜/极性三元混晶薄膜/极性二元晶体衬底四层系统的表面和界面声子极化激元.以AlxGa1-xAs/GaAs和ZnxCd1-xSe/ZnSe为例,获得了表面和界面声子极化激元模的色散关系以及表面模和界面模的频率随混晶组分和薄膜厚度的变化关系.结果表明,三元混晶四层异质结系统中存在七支表面和界面声子极化激元模,且这七支表面模和界面模的频率随混晶组分和薄膜厚度呈非线性变化,三元混晶的"单模"和"双模"性也在色散曲线中得到了很好的体现.     

声表面波在压电晶体表面上的聚焦特性

研究了压电晶体表面上圆弧形叉指换能器产生的声表面波的聚焦现象。用作者提出的压电晶体表面激发的严格矢量场理论来计算会聚的表面波声场,取代了比较流行的源于光学的标量角谱理论。理论分析表明介质的各向异性对声束的会聚特性有很大的影响,如焦长和焦点附近声场的对称性。在实验中可以用光学暗场法来观察声表面波场的会聚。尽管各向异性介质或各向异性压电晶体上表面波声场的会聚都非常复杂,实验的结果和理论分析比较一致。     

分子束外延PbTe单晶薄膜的反常拉曼光谱研究

采用分子束外延(MBE)方法在BaF₂(111)衬底上生长了高质量的PbTe单晶薄膜， 拉曼光谱测量观察到了表面氧化物的振动模、布里渊区中心(q≈0)纵光学(LO)声子振动模以 及声子-等离子激元耦合模振动.随着显微拉曼光谱仪激光光斑聚焦深度的改变，各拉曼散射 峰的峰位、积分强度、半高宽等都表现出不同的变化趋势. 随着激光光斑聚焦位置从样品表 面上方3μm处变化到表面下方3μm处，PbTe外延薄膜的LO声子频率从119cm^-1移 动到124cm^{-1关键词： PbTe外延薄膜 拉曼散射 纵光学声子}     

新型二维压电声子晶体板带隙可调性研究

设计了一种由涂有硬质材料涂层的柱状压电散射体周期性连接在四个环氧树脂薄板上构成的具有大带宽的新型二维压电声子晶体板,并利用有限元方法计算了该声子晶体板的能带结构、传输损失谱和位移矢量场.研究表明：与二组元材料构成的传统声子晶体板相比,新设计的声子晶体板的第一完全带隙频率更低,并且带宽扩大了5倍;通过在压电体表面上施加不同的电边界条件,可以实现多条完全带隙的主动调控;压电效应对能带结构有很大的影响,并且有利于完全带隙的扩大与形成.基于带隙的可调谐性,分析了可切换路径的压电声子晶体板波导,结果表明可以通过改变电边界条件来限制弹性波能量流.     

极性晶体中表面极化子的温度效应

有不少的极性晶体,电子与体纵光学声子的耦合弱,但与表面光学声予的耦合强.本文讨论电子和体纵光学声子耦合弱,与表面光学声子耦合强时对表面极化子的温度特性的影响,用线性组合算符法研究表面极化子的振动频率、诱生势和有效质量的温度依赖性.对AgBr晶体进行了数值计算,结果表明极化子的振动频率,诱生势和有效质量随温度的升高而减小.     

碳纳米管-聚二甲基硅氧烷的光声特性

碳纳米管-聚二甲基硅氧烷(CNT-PDMS)是一种新型的激光超声换能器(LIU-T)复合材料,具有高频率、宽带宽、高振幅的特性。该复合薄膜可作为高效、鲁棒的超声发射器用于诊断和治疗。纳米复合材料的固有结构提供了独特的热、光学和机械性能,这不仅有利于能量转换,而且对脉冲激光烧蚀具有很好的鲁棒性。PDMS聚合物具有高热弹性系数有利于材料的伸缩从而产生超声。研究了几种不同复合薄膜产生的光声信号特性,测试了不同衬底和水介质条件下的光声信号特性。利用碳纳米材料的高吸光性和PDMS聚合物的高膨胀性制作激光超声换能器,不但降低了材料的厚度,还有望产生高频高强度超声信号。实验用硬玻璃衬底厚度约为1 mm,软薄膜衬底厚度在微米级,水介质条件下的厚度为3 mm。在脉冲激光激励下,水介质下软薄膜条件、硬玻璃衬底、软薄膜衬底涂层端面超声压力分别为2.0, 3.9和5.2 MPa。通过一系列的研究得出了结论:(1)软薄膜衬底(3×3)比硬玻璃衬底(3×3)更具有良好的负脉冲,更适合用在光声空化治疗方面;(2)水介质条件下不利于产生高强度光声信号。总而言之,采用激光超声换能器比压电换能器更具有产生高振福,带宽宽的超声信号的潜力,而且提供了一种没有电子等干扰结构的超声激励新方法,有望成为替代压电换能器的新一代激光超声换能器。这种新方法应用在磁声电成像领域可以大大减少超声激励源的干扰。同时,相对于将CNT混入PDMS中的方法,该方法更具有简单方便节省材料等优点。对于硬玻璃传统型衬底,实现的软薄膜衬底能产生较高的声压5.2 MPa,并且中心频率在5MHz,-6 dB超声带宽也相对较宽接近5MHz,相比于早在2014年实现的CNT-PDMS激光超声换能器产生的4.5 MPa声压,本文方法更具有临床应用前景,应用在磁声电成像等方面具有很好的避免电磁干扰效果。     

面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光梳系统

报道了自主研制的面向Li原子D1线频率测量应用的掺铒飞秒光纤光学频率梳,包括飞秒激光源,频率探测及控制单元,光谱展宽及拍频单元.光纤光梳系统中飞秒激光光源是一套基于非线性偏振旋转锁模机制的掺铒飞秒光纤激光器,重复频率为196.5MHz,中心波长为1 572nm.利用f-2f法探测载波包络相移频率,获得信噪比约为40dB的信号(分辨率带宽300kHz).改变飞秒激光光源泵浦控制载波包络相移频率、频率稳定度是3.74×10-18/τ1/2;通过电光晶体和压电陶瓷改变飞秒激光光源腔长来控制重复频率frep、频率稳定度是1.75×10-13/τ1/2.利用高非线性光纤和倍频晶体将光纤光梳直接输出光谱由1 520～1 607nm扩展到671nm,获得了单模功率为208nW的光信号.与671nm单频激光拍频产生约为60dB(分辨率带宽1Hz)信号,满足Li原子D1线频率测量实验的需求.     

磁场中与形变势相互作用的表面极化子的有效质量

近年来 ,磁场中极性晶体表面极化子的性质已引起人们的广泛关注。Ｌａｒｓｅｎ[1 ] 采用四级微扰法计算了磁场中二维极化子的基态能量。Ｗｅｉ等[2 ] 用格林函数方法研究了交界面磁极化子的回旋共振质量和频率。本文作者之一[3] 用线性组合算符讨论了磁场中表面极化子的性质。实际上 ,到目前为止 ,对表面磁极化子的研究 ,只限于考虑表面电子只与表面光学 (ＳＯ)声子和体纵光学 (ＬＯ)声子相互作用 ,而忽略了表面电子与表面声学 (ＳＡ)声子相互作用。对电子通过形变势与晶格声学振动相互作用形成的准粒子 声学形变势 (ＡＤＰ)极化子性质的研…     

BaTiO_3/SrTiO_3(1:1)超晶格的晶格动力学、介电和压电性能的第一性原理研究

对于BaTiO3/SrTiO3(BTO/STO)沿[001]方向有序的1:1超晶格,从最高对称性的P4/mmm结构出发,用第一性原理计算了布里渊区中心声子,通过冻结不稳定声子得到P4mm和Amm2结构,进一步冻结不稳定声子得到其基态单斜Cm结构.计算了三种畸变结构的自发极化及Cm结构的电子和声子对介电和压电的贡献.分析表明:ε22和e26主要来自于频率为197,146和97 cm-1的A′′声子的贡献;ε33和e33主要来自于频率为189和139 cm-1的A′声子的贡献;ε11和e11主要来自于频率为246 cm-1的A′声子的贡献.根据离子对介电和压电张量各分量的贡献可知,Ti和O离子对介电和压电有比较大的贡献.     

含磁电弹夹层的压电/压磁声子晶体带隙特性研究

将具有力电磁耦合性能的夹层引入到压电/压磁声子晶体中,在保持单胞长度为固定值的情况下,分别改变磁电弹夹层的厚度、磁电弹夹层中压电材料的体积分数和磁电弹夹层中压电材料的种类;并利用传递矩阵法和Bloch定理,得到波数k与频率ω的色散关系;通过色散关系图分析不同的磁电弹夹层对压电/压磁声子晶体带隙特性的影响.研究发现:当磁电弹夹层厚度增加时,带隙的中心频率上升,带隙宽度变宽;当磁电弹夹层中压电材料体积分数增加时,带隙中心频率下降,第一带隙宽度变窄,第二带隙宽度增加,第三带隙宽度保持不变;当磁电弹夹层中的压电材料种类不同时,带隙的中心频率和带隙宽度有明显的改变;磁电弹夹层对压电/压磁声子晶体带隙中心频率的影响在高频区比低频区更显著.