超宽禁带半导体氧化镓基X射线探测器的研究进展

X射线具有波长短、穿透能力强等优点,在医学成像、安全检查、科学研究、空间通信等领域具有重要作用。半导体X射线探测器可以将X射线转换为电流信号,具有易集成、空间分辨率高、能量分辨率高、响应速度快等优点。高性能的X射线探测器应具备暗电流低、灵敏度高、响应速度快、可长时间稳定工作等特点,因此制备X射线探测器的半导体材料应具有电阻率高、缺陷少、抗辐照能力强、禁带宽度宽等性质。氧化镓(Ga₂O₃)是一种新型宽禁带半导体材料,具有超宽禁带宽度、高击穿场强、高X射线吸收系数、耐高温、可采用熔体法生长大尺寸单晶等优点,是一种适合制备X射线探测器的新型材料,近年来基于Ga₂O₃的X射探测器成为辐射探测领域的研究热点之一。本文主要介绍了Ga₂O₃半导体的物理性质及其在X射线探测器方面的研究进展,分析了影响X射线探测器性能的物理机制,为提高Ga₂O₃基X射探测器的性能提供了思路。     

Lu2Si2O7∶Ce纳米晶的溶胶-凝胶法合成和闪烁性能

采用溶胶-凝胶法制备了Lu2Si2O7∶Ce纳米晶,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光光谱仪、X射线激发发射谱仪对制备的Lu2Si2O7∶Ce纳米晶的晶相结构、微观形貌和光学性能进行了表征。结果表明,溶胶-凝胶法制备的Lu2Si2O7∶Ce前驱体在煅烧温度为1000℃时开始晶化,晶粒尺寸随着煅烧温度的升高而变大,1200℃煅烧2 h后的晶体颗粒均匀,分散性最优,平均晶粒尺寸约为28.9 nm,呈近球形;Lu2Si2O7∶Ce纳米晶的紫外吸收谱存在峰位分别为304 nm和350 nm两个吸收峰,源自于Ce^3+离子的4f→5d跃迁;光致发射谱和X射线激发发射谱都表现为典型的非对称双峰结构,归属于Ce^3+离子的5d^1→2F5/2和5d^1→2F7/2跃迁,Ce^3+离子的最佳掺杂浓度约为1%;荧光衰减时间约为37.2 ns,可满足高时间分辨X射线探测需要。     

导模法生长超大尺寸蓝宝石板材的研究

采用自主设计制造的导模炉,通过热场模拟辅助设计出理想的模具表面温度分布,采用两段加热的方式控制晶体的应力和气泡缺陷,选择合适的提拉速率控制气泡层的分布,成功生长了高质量超大尺寸蓝宝石单晶板材,蓝宝石板材可利用尺寸690 mm×300 mm×12 mm.摇摆曲线半高宽为0.0163°,说明晶体具有良好的结晶质量.5 mm厚度样品的透过光谱测试表明,透过率与用其它晶体生长方法的晶体相同.     

Sm∶YAG/Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤的生长及光谱性能

采用微下拉法成功生长出Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤。XRD结果表明晶体为立方晶系,晶胞参数分别为a=1.199 3 nm和a=1.200 0 nm。测试了室温下单晶光纤的拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂最大声子能量为766 cm^-1。Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂ 在可见波段的最强吸收位于405 nm附近,非常适合InGaN/GaN二极管泵浦。404 nm激发下,最强发射带位于618 nm处, 对应于Sm³⁺的⁴G_5/2→ ⁶H_7/2能级跃迁, 测得Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂上能级⁴G_5/2的荧光寿命分别为1.86 ms和1.83 ms。实验结果表明Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤是有潜力的红橙光波段激光增益介质。     

交联聚丙烯压电驻极体的压电性能及振动能量采集研究

以电子束辐照交联聚丙烯(IXPP)泡沫薄板为原材料, 首先利用热压工艺对微观结构进行改性, 然后采用电晕充电方法对样品实施极化处理, 使之具有压电效应, 成为压电驻极体. 通过准静态和动态压电系数d₃₃、复电容谱, 以及等温衰减的测量, 研究了IXPP压电驻极体膜的机电耦合性能; 同时考察了基于IXPP压电驻极体膜的振动能量采集器在{3-3}模式下对环境振动能的俘获. 结果表明, IXPP压电驻极体的准静态压电系数d₃₃可高达620 pC/N; 厚度方向的杨氏模量和品质因数(FOM, d₃₃·g₃₃)分别是0.7 MPa和11.2 GPa^-1; 在50, 70和90℃下进行等温老化, 经过24 h后, IXPP压电驻极体膜的准静态压电系数d₃₃分别降低到初始值的54%, 43%和29%; 采用面积为3.14 cm²的IXPP压电驻极体膜为换能元件, 当振子质量为25.6 g, 振动频率为820 Hz时, 振动能量采集器在匹配负载附近可以输出高达65 μW/g²的功率.     

平面金属等离激元美特材料对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用

本文对具有类EIR色散特性的平面金属等离激元美特材料(planar plasmonic metamaterials, PPM)对光学Tamm态及相关激射行为的增强作用进行了研究. 我们首先运用传输矩阵方法分析了利用PPM结构的色散来增强光学Tamm态对应模式电磁局域密度的可能性. 其次, 我们将具有类EIR特性的PPM与一维光子晶体(photonic crystal, PC)合在一起设计了一种平面等离激元美特材料-光子晶体(PPM-PC)异质结构. 研究发现, 通过在电磁局域密度最高的PPM结构中(或附近)加入增益介质, 可观察到比通常光学Tamm态更强的激射增强效应及更明显的单色性响应. 这些特性使得这种PPM-PC结构有望被应用于低阈值激光器、荧光增强等方面.     

HF酸腐蚀提高K9基板损伤阈值

针对K9玻璃基板的HF酸化学腐蚀工艺开展研究,标定了40%和2%高低两种体积分数的HF酸的腐蚀速率;分析了基板表面形貌随腐蚀深度的变化规律;研究了腐蚀时间、HF酸体积分数、超声波工艺对激光损伤阈值的影响,提出了能够有效减少损伤敏感的氟硅盐沉淀、提高损伤阈值的优化腐蚀清洗工艺流程。采用优化的腐蚀清洗工艺流程进行了实验验证,结果表明用体积分数为2%的HF酸在高温和超声波条件下腐蚀90s后,测得1064nm波长激光作用下K9基板抗激光损伤阈值提高了75%。     

用微波分光计测量手征特异材料圆二色性

介绍了用微波分光计测量手征特异材料圆二色性的实验,利用微波分光计对双层交叉十字型结构的手征特异材料进行了测量,发现其具有明显的圆二色性;再通过电磁场仿真设计软件对其表面电流等进行分析;进而利用可变频率的矩形喇叭天线系统在一定频带范围内精确测量相关性质,验证了微波分光计观测到的结果.本实验丰富了微波分光计实验项目的教学内容,并让本科生在学习大学物理实验课程中接触到物理学前沿的研究工作,有益于培养学生的科学研究能力.     

在梯形四能级原子系统量子调控下的左手效应

采用了一个梯形四能级原子系统,在多模光场的作用下利用量子相干技术使其实现介质的左手效应,使介质具备左手材料特性。在相互作用表象下,利用密度矩阵方程并结合相关条件下的有关公式进行理论计算,数值模拟结果显示,在合适的参量条件下,介质的相对介电常量和相对磁导率可以同时出现负值,产生了左手效应,相应的介质转化为左手材料。通过讨论在左手效应成立的条件下介质对光场的吸收和增益问题,结果表明,在弱探测场条件下,利用电磁诱导的方法也可以实现介质的左手效应。     

微纳尺度热能调控的声子学元器件研究进展

声子是半导体材料中热能的主要载体.通过对声子调控的深入研究,人们可以为微纳电子器件散热和热能转换提供有效的解决方案.文章介绍了热能调控声子学元器件的研究进展,重点阐述了理论上如何利用微纳米结构材料构建声子学基本单元——热二极管/热整流器.此外,文章还介绍了该领域的关键测量技术和实验进展,包括热整流器和热存储器的设计与实现.最后对声子学研究的发展趋势进行了展望,并提出了存在的困难和挑战.