改进BaF2闪烁体光输出特征研究

介绍旨在抑制BaF2闪烁体慢发光成分,拓展其应用领域的紫外滤光膜系设计和性能测量结果,研究表明,以Al2O3/MgF2/Al/MgF2为基本结构优化设计的紫外滤光膜系对来自BaF2闪烁体不同角度入射的快/慢成分光分别具有高透射和强截止特性.还提供了用纳秒级脉冲辐射源激发"BaF2+紫外滤光膜系+光电闪烁探测器"系统获得的BaF2闪烁体时间响应曲线,并对紫外滤光膜系中子辐照损伤特性进行了研究.     

加载光子带隙膜系BaF2晶体闪烁光慢成分抑制和抗γ辐照损伤的研究

 根据BaF₂晶体闪烁光快、慢成分波段的不同，设计并制备了用于抑制该晶体闪烁光慢成分的Al₂O₃/MgF₂/Al/MgF₂…光子带隙膜系。实验结果显示：加载光子带隙膜系的BaF₂晶体，其闪烁光快/慢成分比提高80倍以上；经剂量为1×10⁵ Gy的60Co γ射线辐照后，其透射光谱、发射光谱和发光衰减时间谱没有明显的变化,这表明由光子带隙膜系与BaF₂晶体所构成的快闪烁器件不仅可有效避免慢成分的干扰，而且还具有很强的抗γ辐射性能。     

一维光子晶体光谱控制实验研究

 光子晶体的禁带特性为伪装材料的光谱控制研究提供了一条新的技术途径。利用传输矩阵的方法建立了一维光子晶体光谱透射、反射的理论模型,针对伪装材料近红外高反射、中远红外低发射的要求,优选Ag,MgF2和ZnS等材料作为光子晶体的薄膜材料,采用真空蒸发镀膜的方法制备出Ag/MgF2,Ag/MgF2/ZnS 4种不同周期结构的一维光子晶体,并实验研究了一维光子晶体的光谱反射和透过特性。结果表明：材料和周期结构对一维光子晶体光谱特性有不同的影响,通过优化设计可以实现在伪装波段内的光谱特性要求。     

Ta_2O_5/MgF_2异质结构三维光子晶体的偏振性

为了在可见及近红外波段得到具有良好带隙结构的三维光子晶体,利用传输矩阵法分析了MgF2、Ta2O5以及Ta2O5/MgF2异质结构三维光子晶体的带隙性质.结果表明:Ta2O5/MgF2异质结构三维光子晶体在820～1020nm的近红外波段TM模式下具有不受入射光方向影响的全方位光子带隙.该结构有望用于制作近红外光波段的偏振器件.     

一维Au/MgF2光子晶体的透射性质

理论上研究了一维金属/电介质光子晶体的透射率性质，用传输矩阵方法数值计算了Au/MgF2光子带隙晶体的透射率．发现周期性结构产生的透射共振会大幅度增加光通过层状金属的透射率．通过调节一维Au/MgF2光子晶体中金和氟化镁的厚度以及周期数，得到了可见波段的高透射允带，透射率在0.4以上，而对于可见波段以外的频率几乎是完全不能传输的．这种结构在保持了高透射率的前提下还具有金属的优点，这在传感器、护目装置、反射窗、液晶显示等诸多领域都有很大的实用价值．     

掺杂钨酸铅晶体闪烁发光光谱研究

利用改进的晶体生长设备和工艺提高了PbWO4闪烁品体的光产额.通过对生长获得的PbWO4、退火PbWO4和BaF2:PbWO4晶体的透过光谱,衰减时间和光产额等闪烁性质的研究,发现品体退火和掺杂技术特别是阴离子掺杂技术能够显著提高晶体的闪烁发光性能.其中晶体掺杂全面提高了晶体的透过光谱强度,但是退火的影响较复杂.高温退火改善了PbWO4晶体在360 nm以上波段的透过光谱的透过率,但是在320～360 nm波段其透过率反而降低.这些现象与晶体中缺陷在可见光波段产生的特征吸收有关.晶体的良好退火和掺杂提高了晶体的光产额,其中BaF2:PbWO4掺杂晶体室温闪烁发光强度达到65 p.e.(MeV)-1,接近PET的使用要求.这种提高与晶体F-离子掺杂引发晶体[WO4]2-四面体基团畸变有关,F-离子进入该四面体产生了新的发光中心.     

紫外线波段一维Ag/MgF_2光子特性的理论研究

利用传输矩阵方法对一维Ag/MgF2光子晶体的带隙特性进行了研究。构建了由Ag和MgF2组成的一维光子晶体结构模型,以此模型为基础详细讨论了填充比、周期层数、入射角等参数对光子晶体带隙结构的影响,并讨论了造成吸收的原因。研究结果表明,与其他金属光子晶体的研究结果相比,该结构的金属光子晶体在紫外线波段具有高反射率的光子带隙,属于不完全带隙的一维光子晶体,适用于制作紫外线波段的光学反射镜。     

光子晶体偏振分光镜的优化设计

提出了一种二维光子晶体偏振分光镜的设计方法,介绍了光栅基板上用Ge/BaF₂ 多层膜实现二维光子晶体偏振分光镜的优化设计.结果表明，TE模式的光子禁带宽度为0083(2πc/a, a是光栅的周期),设计的偏振波长从172μm到24μm，相对带宽为331％.此光子晶体偏振器件制作简单,具有实用性. 关键词： 偏振分光镜 光子晶体 光子禁带     

慢光在光子晶体弯折波导中的高透射传播

研究了慢光模式在SOI(silicon-on-insulator)材料光子晶体线缺陷弯折波导中的传输特性. 通过优化波导弯折处的结构参数，慢光模式在光子晶体60°与120°弯折波导中的透射率提高10倍以上，归一化透射率分别达到80%和60%以上. 为了进一步减慢光速，设计了新颖的高Q值耦合腔弯折波导结构，在归一化透射率达到75%的基础上，光波群速度低至c/170(c为真空光速). 研究结果对于增强光子晶体的慢光效应，提高光子晶体慢光器件的微型化和集成化都有一定的积 关键词： 光子晶体 慢光 弯折波导 透射率     

Yb:YAG晶体性能实验测量

为了测量脉冲时间宽度小于20 ns时的射线时间分辨图像，发展了新型无机闪烁体Yb:YAG，并实验测量了晶体的发光衰减时间、X射线激发发光光谱、相对发光效率和空间分辨等性能，研究了Yb:YAG晶体的发光性能。实验表明，Yb:YAG发光有三种衰减成分，快成分衰减常数为1.2 ns，慢成分衰减常数与射线种类有关；X射线激发发光光谱在250~800 nm范围，有三个发光峰，分别为320，380和500 nm，且320 nm处强度最大；相对发光效率为1900 ph/MeV；使用钨分辨卡测得Yb: YAG空间分辨能力为2 lp/m，使用刀口法测得空间调制传递函数为0.5时的频率为0.7 lp/mm。结果说明Yb:YAG晶体性能能够满足所需测量要求。     

含缺陷光子晶体传光特性的实验研究

选择MgF2和ZnSe两种材料设计制作了一维缺陷光子晶体,从理论和实验上对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了研究.在实验中,一般用光谱仪来测量通过光子晶体的透射光谱,由于光谱仪价格较贵,这种方法不利于制作实用的光子晶体传感器.我们用CCD和光栅代替光谱仪,利用白光光源代替激光器,建立自动测量实验系统进行了实验研究.实验中利用压电陶瓷来改变缺陷层厚度,模拟缺陷层的变化,通过CCD测量衍射光位置来测量透过的光频.实验结果表明,缺陷层厚度的变化和透射光频率之间呈线性关系,通过测量透射光频的变化,可以测量引起缺陷层变化的物理量,这与理论分析一致,说明本实验方法可行.本实验方法研制实用的光子晶体传感器具有一定意义.     

红外区二维光子晶体偏振分光镜透射谱分析

采用时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）法模拟了垂直入射红外波段二维光子晶体偏振分光镜的透射谱,从而验证了用平面波展开方法计算的二维光子晶体能带结构.用电子束蒸发方法在光栅基板上制备了Ge/BaF2多层膜,实现了二维光子晶体偏振分光镜.实验初步证明了这种光子晶体在垂直入射时具有偏振特性,分析了实验结果与理论计算之间偏差的产生原因.     

不同零色散点光子晶体光纤的超连续谱产生

本文实验研究了飞秒脉冲在不同零色散点光子晶体光纤中传输时产生超连续谱的现象。首先,我们通过非线性薛定谔方程理论计算了激光脉冲分别在正、负色散光子晶体光纤中传输时产生的超连续谱;计算结果表明在正色散光子晶体光纤产生的超连续谱远远大于在负色散中产生的超连续谱。其次,在实验上采用零色散点分别为800 nm、1 060 nm和2 000 nm的光子晶体光纤,将脉宽为130 fs,中心波长800 nm,脉冲重复频率为80 MHz的脉冲输入这些光纤中产生超连续谱并研究其特性,实验结果表明光子晶体光纤的零色散点越小,在其中产生的超连续谱越宽越平坦。同时产生的超连续谱也与激光脉冲的能量和中心波长相关。     

光子晶体光纤布拉格光栅传输谱特性的分析

研究光子晶体光纤中光纤光栅的传输谱特性对于研制基于光子晶体光纤的光纤光栅器件有着重要的意义。结合耦合模理论和光束传输相关函数方法,对一种典型光子晶体光纤中的布拉格光栅(FBG)传输谱进行了理论分析。比较了光子晶体光纤中布拉格光栅与常规布拉格光栅的传输谱。数值分析了光纤截面结构变化对于光栅传输谱的影响,并给出这种影响的定性解释。计算结果显示,与常规光纤光栅相比,包层模共振引起的损耗峰与正反向纤芯模耦合引起的损耗峰可以相比拟,而包层模共振的间隔也比常规光纤中光纤光栅的包层模共振间隔要大。同时给出了晶体光纤截面上空气孔的占空比,空气孔的排布层数对于传输谱影响的规律。     

紫外区全角度光子晶体反射镜

根据角域叠加原理，在石英玻璃基板上用全介质膜系实现了紫外区域全角度一维光子晶体反射镜的设计。采用两个不存在全角度反射带的一维光子晶体在角域上叠加，通过传输矩阵方法，从理论上计算合成光子存在全角度禁带，禁带波长范围328．95～352．11nm，相对带宽为6．80％。实验上采用HfO2和SiO2两种薄膜材料，用电子束蒸发的方法在石英玻璃基板上制备合成光子晶体。若透射率在1％以下为光子晶体禁带，则禁带波长范围从331．2～350．4nm，相对带宽5．63％。从而证明了角域叠加设计的正确性。     

基于一维光子晶体微腔的全吸收器件

将具有高本征吸收的极化材料SiC引入到一维光子晶体中间,形成一维光子晶体微腔。利用传输矩阵方法,研究了这种含SiC材料的一维光子晶体微腔的光学特性:包括透射率、反射率和吸收率。研究结果表明该结构在波长λ=12.6μm处存在一个全吸收峰,该吸收峰在0°～50°的入射角度范围内不随角度和偏振模式的影响。该结构可以用来制作宽角度窄带全吸收器件,有望在热发射、太阳能光伏电池中得到应用。     

含负折射率材料的异质结构光子晶体的光学传输特性

利用传输矩阵法研究了正负折射率材料构成的异质结构光子晶体的光学传输特性。结果表明:当入射波正入射时,在这种异质结构光子晶体内出现了光子带隙,并且带隙内出现了3个极窄的透射峰,这是正负交替光子晶体和常规材料构成的同周期一维异质结构光子晶体所不具有的新颖物理特性。计算了这种异质结构光子晶体的透射谱。发现:这3个透射峰不敏感于入射角的变化,而在带隙两侧的透射峰则会随着入射角增大统一向带隙靠近;能带敏感于晶格厚度和周期数的变化。