多片导模法蓝宝石晶体的缺陷研究

使用导模法(EFG)生长了多片a面蓝宝石晶体。显微拉曼光谱结合电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测试得出晶体的气泡中可能存在含S化合物。晶体表面明显的生长条纹主要与温度、生长速度的波动以及模具的加工精度有关。化学腐蚀分析表明晶体位错密度在4.2×10⁴ cm^-2,未存在小角度晶界缺陷,双晶摇摆曲线半峰宽(FWHM)为70.63″。由于采用石墨保温材料,晶体中存在F心与F⁺色心。晶体在400~3 000 nm波段透过率高于80%,空气中退火后可减弱色心吸收。本文研究结果可为蓝宝石晶体缺陷形成理论研究提供参考,也可为导模法蓝宝石工业生产技术改进提供借鉴。     

金刚石纳米线氮空位色心的表面与尺寸效应

使用大规模自旋极化密度泛函理论计算研究了表面修饰和尺寸对金刚石纳米线(DNs)中氮空位(NV)色心的几何结构、 电子结构、 磁性和稳定性的影响. 理论上设计了几种不同的DNs, 这些DNs具有不同的表面修饰(干净、 氢化和氟化), 并且直径达数百个原子. 实验结果证明, 中性(NV⁰)和带1个负电荷(NV^-)的NV色心的电子结构不受半导体表面修饰和DNs直径大小的影响, 但NV色心的稳定性对这两个因素具有不同的响应. 此外, 研究中还发现, 由于DNs中存在圆柱形表面电偶极子层, 对DNs中掺杂的NV^-色心的稳定性, 表面改性诱导了不依赖尺寸的长程效应. 特别地, 对于n型氟化金刚石表面, 掺杂在DN中的NV^-色心可以稳定存在, 而对于p型氢化表面, NV⁰则相对更稳定. 因此, 表面修饰为控制金刚石纳米线中的NV色心的电子结构和稳定性提供了一种精确有效的调控方法.     

光纤腔耦合碳化硅薄膜的理论计算

半导体材料中的自旋色心是量子信息处理的理想载体,引起了人们的广泛兴趣.近几年,研究发现碳化硅材料中的双空位、硅空位等色心具有与金刚石中的氮-空位色心相似的性质,而且其荧光处于更有利于光纤传输的红外波段.然而受限于这类色心的荧光强度和谱线宽度,它们在量子密钥分发和量子网络构建等方面的实际应用依然面临严峻的挑战.利用光学腔耦合自旋色心实现荧光增强和滤波将能有效地解决这些难题.将光纤端面作为腔镜,并与自旋色心耦合可以实现小模式体积的腔耦合,而且天然地避免了需要再次将荧光耦合进光纤而造成损耗的缺点.本文理论计算了耦合碳化硅薄膜的光纤腔的性质和特征.首先通过优化各项参数包括薄膜表面粗糙度、腔镜反射率等,理论分析了存在于光纤腔中的不同模式的特点,以及光纤腔耦合色心的增强效果及相关影响因素.进一步地研究了对开放腔而言最主要的影响因素—振动对腔性质、色心的增强效果以及耦出效率的影响,最终得到在不同振动下的最大增强效果以及对应的耦出透射率.这些结果为今后光纤腔耦合色心的实验设计提供了最直接的理论指导,为实验的发展和优化指明了方向.     

泵浦光激发下金刚石纳米柱内部光场的研究

金刚石纳米柱是实现色心单光子源增强的有效结构,而纳米柱结构尺寸决定泵浦光对色心的激发强度.本文为提高其激发效率,采用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究金刚石纳米柱的光学性质.通过仿真分析了纳米柱直径和高度对内部电场强度的影响.结果表明,在泵浦光波长为532 nm时,纳米柱内部中轴线上场强受尺寸变化影响较大,当直径不变、改变高度时,场强最大值随高度周期性变化,周期约为150 nm;当高度不变、改变直径时,场强最大值也随直径周期性变化,周期约为150 nm.通过研究不同波长的泵浦光对金刚石纳米柱内部中轴线上电场分布的影响发现,不同波长的泵浦光对纳米柱内部中轴线上最强场强对应的纳米柱尺寸有较大影响,但对于纳米柱最大场强随纳米柱尺寸变化的趋势几乎没有影响.本文通过研究上述内容,较为全面地掌握了纳米柱尺寸及泵浦光对纳米柱内部电场强度的影响规律,找到了纳米柱内部中轴线上最强场强位置,确定了激发色心的效率最高值所在位置,为金刚石纳米柱单光子源的制备提供理论指导.     

LiF晶体中F3^＋—F2混合色心激光器

本文报道了室温下LiF晶体中F_3~+-F_2混合色心激光器.利用一块晶体和单一泵光,输出激光波长范围从510～580nm、640～710nm.总带宽140nm.     

液态温度下Na:KCl晶体中F_B(Ⅱ)色心激光的实验研究

介绍了掺Na的KCl晶体中F_B(Ⅱ)心在液氮温度下的稳定激光运转.Q开关Nd:YAG激光的信频输出泵浦色心晶体.激光发射波长为2.420～2.542μm.对实验结果作了讨论.     

γ射线辐照对掺Yb光纤材料性能的影响

采用改进的化学气相沉积法制备掺Yb石英光纤预制棒,以该预制棒制备了尺寸为10/130μm的双包层掺Yb光纤,将这些光纤分成若干组,在不同剂量的60Coγ辐射源下辐照,测试了光纤在辐射前后的吸收谱和激光性能以及光纤预制棒切片辐照后的吸收.实验结果表明:光纤中已存在的色心缺陷(如氧空位(II))和辐照引起的色心缺陷(如E’心、过氧基以及Yb2+离子)等因素的叠加作用可能导致辐照后的光纤在可见光区域的吸收显著增大;与辐照前相比,辐照后光纤的斜率效率、光-光效率显著下降,剂量越大激光性能下降得越厉害;基于Power-Law定理拟合了光纤辐致损耗与所受剂量的关系曲线,定量分析了不同剂量辐照后光纤激光性能下降的原因.研究结果将为进一步发展抗辐照光纤提供理论和实验依据.     

高功率掺镱光纤激光器的辐照影响分析及研究进展

高功率掺镱光纤激光器在空间环境中的应用日益增多,但掺镱光纤材料在空间辐照条件下会产生色心效应,导致损耗增加,影响光纤器件以及激光器整机的性能,从而给高功率光纤激光器在空间环境的长期稳定工作带来隐患。从空间辐照对高功率光纤激光器性能的影响机理、抑制方法和研究进展等3个方面进行介绍。首先介绍了空间辐照对高功率掺镱光纤激光器中关键光学器件、放大级热负载、非线性效应等方面的影响分析,其次介绍了抑制辐照效应的典型方法及其在高功率掺镱光纤激光器中的可行性分析,最后介绍了国内外典型的高功率掺镱光纤激光器的辐照影响及抑制的研究成果,并展望了未来发展趋势。     

LiF∶F_2晶体中实现三维光数据存储的实验研究

基于LiF∶F2晶体在近红外飞秒脉冲激光作用下产生F2色心向F3 色心的转变,以及两种色心荧光光谱的不同,实现了荧光反射共焦读出和多光子写入的三维光数据存储的原理性实验.钛宝石再生放大器输出的脉冲宽度100fs、中心波长800nm、重复频率1kHz的超短脉冲激光束,用数值孔径0.68的显微物镜聚焦到LiF:F2晶体内部,通过移动晶体实现了三维逐位式数据写入;用405nm的连续蓝光激发存储位,通过探测F3 色心产生的540nm荧光,实现了对信息位进行快速非破坏性的反射共焦读出.与多光子三维存储的透射共焦散射读出和相衬读出相比,格式与现存光盘技术兼容,结构简单;更重要的是,存储信息位是依靠荧光光谱的变化,折射率变化很小,可以有效增加读出层数.     

γ辐照掺杂SiO2的ESR研究

分别掺有磷和硼的二氧化硅经γ辐照后产生多种顺磁性中心,ESR研究指出氧空穴O^-主要稳定在杂质离子附近.O₂^-自由基稳定在Si离子上.F心的研究认为氧缺位俘获电子存在一个动态平衡过程.