Ge-Sb-Se硫系玻璃的折射率和热光系数

Ge-Sb-Se硫系玻璃被认为是极佳的红外传输材料和有潜力的非线性光学材料.在光学设计中,玻璃的线性折射率(n)及其热光系数(ζ)是关键技术参数.以预测和调控Ge-Sb-Se玻璃的n和ζ为目的,考察了玻璃的n,ζ,密度(d)和体积膨胀系数(β)与化学参数dSe和拓扑网络结构参数r的内在联系.研究发现,玻璃的n随d的增加而增大;ζ随β的增大而近似线性减小;β随dSe的减小或r的增大而减小;当Ge含量固定时, d随dSe的减小或r的增大而增大,当Sb含量固定时, d在dSe=0时具有最小值.基于实测d和n,拟合获得了Ge, Sb和Se元素在2—12μm波段的摩尔折射度(R_i),分别为R_(Ge)=10.16—10.50 cm~3/mol,RSb=16.71—17.08 cm~3/mol和RSe=11.15—11.21 cm~3/mol,根据d和R_i计算得到的n与实测值的偏差小于1%.基于实测ζ和β,拟合得到了Ge, Sb和Se元素在2—12μm波段的摩尔折射度温度系数(φ_i),分别为φ_(Ge)=21.1—22.6 ppm/K,φ_(Sb)=7.2—8.4 ppm/K和φ_(Se)=90.2—94.2 ppm/K,根据β和φ_i计算得到的ζ与实测值的偏差小于6 ppm/K.     

S取代Se对Ge_(11.5)As_(24)Se_(64.5–x)S_x玻璃结构及光学性质的影响

本文制备了硫系玻璃Ge_(11.5)As_(24)Se_(64.5–x)S_x (x=0, 16.125%, 32.25%, 48.375%和64.5%)并研究了其光学性质,目的在于筛选可用于光学器件的最佳组分.通过测试该系列玻璃的激光损伤阈值、折射率、三阶非线性折射率以及吸收光谱,结果发现,玻璃中的Se被S原子逐渐替代后,玻璃的线性和三阶非线性折射率逐渐降低,玻璃光学带隙和激光损伤阈值不断升高.我们进一步利用拉曼散射光谱和高分辨率X射线光电子能谱研究导致这些物理性能变化的结构起源,通过分析玻璃中不同结构单元的演变过程,发现在这些玻璃网络结构中均以异极键(Ge—Se/S, As—Se/S)为主,且相对于Se而言, Ge和As优先与S结合成键.随着玻璃结构中S/Se比例的增加,与Se相关的化学键(Ge—Se,As—Se和Se—Se)数量逐渐减少, S相关化学键(Ge—S,As—S和S—S)数量逐渐增加,但这对玻璃的拓扑结构几乎没有影响.由此可以断定引起玻璃物理性质变化的主要原因是玻璃结构体系中各个化学键强度之间的差异.     

结合高分辨率X射线光电子能谱和拉曼散射研究GexGa8S92-x玻璃结构

本文在固定Ga原子含量为8%的情况下,结合高分辨率X射线光电子能谱和拉曼散射光谱对硫系玻璃Ge_xGa₈S_92-x(x=24%,26.67%,29.6%,32%和36%)的结构进行了研究.通过分析玻璃结构中各单元结构的演变情况,发现玻璃内部网络结构主要为S原子桥接GeS₄和GaS₄四面体结构.随着Ge含量的逐渐增大,S链状或环状结构单元迅速减少,并消失于Ge_26.67Ga₈S_65.33玻璃组分中;而类乙烷结构S₃Ge-GeS₃中的Ge—Ge同极键和S3Ge/Ga-Ga/GeS3结构中的M—M (Ge—Ge,Ga—Ga或Ge—Ga)同极键同时出现于Ge_29.6Ga₈S_62.4玻璃中,并且其结构数量随着Ge含量的增大而逐渐增加.由此可以判定,首先,在硫系玻璃Ge_xGa₈     

Ge-As-S系统玻璃物理和声光性质的研究

系统地研究Ge-As-S系统玻璃的物性和声光性质.实验结果表明:随着Ge含量的增加,玻璃的密度,硬度软化温度,化学稳定性均增加,热膨胀系数减小,本征吸收限向长波方向移动,透过区域为0.6～11μm。另外,超声衰减随着Ge含量的增加而减少,该系统玻璃的超声衰减很低,可与熔石英相比。当使用Ge_(30)As_(15)S_(55)玻璃制成的样品进行腔外实验时,观察到4～5级衍射,而同样大小的熔石英样品则没有此现象,故该系统玻璃具有优良的声光性质,是一种有前途的红外声光调制材料.     

Ge-Sb-Se硫系玻璃拉曼增益特性研究

本文制备了As_2S_3,As_2Se_3,Ge_(20)Sb_(15)Se_(65)和Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)(mol%)四种硫系玻璃,测试了样品的折射率,红外透过及拉曼光谱.利用自发拉曼散射理论,并结合测量的拉曼光谱数据,通过将硫系玻璃与石英玻璃样品的拉曼光谱作对比的方法计算了四种硫系玻璃的拉曼增益系数gR.结果表明:As_2S_3玻璃在340 cm~(-1)拉曼频移处gR为60×10~(-13)m/W,As_2Se_3玻璃在230 cm~(-1)拉曼频移处gR为223×10~(-13)m/W,与文献报道结果基本相符.与传统光纤拉曼增益系数实验测定法相比,此方法为探索新型高拉曼增益的硫系玻璃组成提供了极大的便捷,应用此方法,计算得出Ge_(20)Sb_(15)Se_(65)和Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)玻璃在200 cm~(-1)拉曼频移处的9R值分别为215×10~(-13)m/W和111×10~(-13)m/W.以上结果表明,不含有毒As元素的Ge-Sb-Se硫系玻璃其增益系数可达普通石英玻璃的200倍以上,为环境友好型拉曼光纤激光器基质材料提供了一种全新的可能.     

高激光损伤阈值Ge-As-S硫系玻璃光纤及中红外超连续谱产生

测量了Ge-As-S系列硫系玻璃在中红外波段的飞秒激光损伤阈值,研究了它与玻璃化学组成的关系.基于优化的玻璃组成,采用棒管法制备了芯径为15μm的阶跃折射率非线性光纤.采用飞秒脉冲抽运光纤,研究了光纤中超连续谱(supercontinuum,SC)的产生特性.在研究的Ge-As-S硫系玻璃中,具有化学计量配比的Ge0....     

TeO2-TiO2-Bi2O3系统玻璃的热学特性及光学带隙研究

采用熔融淬冷法制备了系列高折射率的TeO2-TiO2-Bi2O3系统玻璃,测试了样品的密度、转变温度、析晶温度、折射率、吸收光谱,利用经典的Tauc方程计算了样品光学带隙允许的直接跃迁、允许的间接跃迁及Urbach能量.讨论了玻璃的热稳定性与组成之间的关系、研究了摩尔折射度、金属标准值、光学带隙、Urbach能量、Bi2O3和TiO2含量及光学碱度对玻璃样品折射率的影响.结果表明TeO2-TiO2-Bi2O3玻璃具有较好的热稳定性、样品的折射率随着摩尔折射度增大而增大,而光学带隙及金属标准值有减小的趋势,此外高的光学碱度对玻璃的高的三阶非线性也有一定的贡献.     

+1/-1相位掩模板和532nm激光下低损耗As_2S_3硫系光纤布喇格光栅的制备

采用改进型Sagnac干涉光栅写入系统,利用532nm准带隙光曝光源和带+1/-1衍射级的相位掩模板,在两种不同直径的低损耗As_2S_3硫系玻璃光纤上刻写布喇格光栅,并研究曝光期间光栅的动态特性.实验表明,As_2S_3光纤布喇格光栅透射峰值随光纤直径的减小而增强;在曝光过程中,布喇格波长先是较快地向短波长方向移动,随着曝光时间的延长,布喇格波长缓慢地向长波长方向回复.曝光时间为800~1 000s时,在包层直径为140μm的As_2S_3光纤上获得质量良好的布喇格光栅光谱,其透射峰值可达-2.6dB,带宽为0.37nm.对As_2S_3硫系光纤纤芯的光敏性分析结果表明,折射率调制幅度和平均折射率变化随曝光时间分别可达到10-4和10-3数量级.     

GexSb20Se80-x玻璃的拉曼光谱和X射线光电子能谱

用拉曼散射光谱和X射线光电子能谱研究了Ge_xSb₂₀Se_80-x(x=5 mol%, 10 mol%, 15 mol%, 17.5 mol%, 20 mol%和25 mol%)玻璃的结构. 通过对拉曼光谱和X射线光电子能谱(Ge 3d, Sb 4d 和Se 3d谱)进行分解, 发现当硫系玻璃处于富Se状态下时, 玻璃结构中会出现Se–Se–Se结构单元, 其数量随着Ge含量的增加而迅速减少, 并最终在Ge₁₅Sb₂₀Se₆₅玻璃结构中消失; Ge和Sb原子分别以GeSe_4/2 四面体和SbSe_3/2三角锥结构单元在玻璃结构中出现, GeSe_4/2四面体结构单元的数量会随着Ge浓度的增加而增加, 而SbSe_3/2三角锥结构单元的数量基本保持稳定. 另一方面, 在缺Se的硫系玻璃中, 玻璃会有Ge–Ge和Sb–Sb同极键产生, 随着Ge含量的增大, 这种同极键的数量会越来越多; 而GeSe_4/2四面体和SbSe_3/2三角锥结构的数量则相应减少. 在所有玻璃样品的结构中均有同极键Se–Se的存在. 当玻璃组分越接近完全化学计量配比时, 异质键Ge–Se和Sb–Se将占据玻璃结构中的主导地位, 同极键Ge–Ge, Sb–Sb和Se–Se 的比例降为最小.     

Ge_(28)Sb_6S_((66-x))Se_x玻璃系统光学特性与结构

采用熔融-急冷法制备了系列Ge28Sb6S(66-x)Sex(x=0,10,20,30摩尔比)硫系玻璃样品.分别测试了样品的密度、折射率、可见-近红外透过光谱、红外透过光谱以及喇曼光谱,并分析了在Ge-Sb-S中引入Se对其物理、光学特性的影响.利用喇曼光谱讨论了玻璃的结构与特性之间的关系.结果表明:随着Se含量的增加,样品的密度和线性折射率都增大,可见和红外截止波长都发生红移,纯硫化物玻璃样品主要由GeS4四面体和SbS3三角锥组成,随着Se逐渐代替S,硫-硒混合样品中逐渐出现了GeS4-xSex结构单元以及链状和环状的Se-Se键.     

用高压显微光谱系统测量流体静压力对非晶态As2S3光学吸收边的影响

用金刚石对顶砧高压显微光谱系统在0—66kbar的流体静压力范围内测量了a-As₂S₃的光学吸收达随压力的移动特性。发现a-As₂S₃的光学吸收边随压力的增加而迅速红移。在计算机上用最小二乘法对实验点进行了拟合,结果得出吸收边和压力之间的关系为:E_g(P)=E_g(0)-1.31×10^-3P-3.91×10^-4P²+4.04×10^-6P³值得注意的是|dE_g/dP|和压力之间的关系经历了一个先是增大,然后再减小以至于趋于饱和的过程。这和Weinstein等人先前的实验结果是有所不同的。 关键词：     

Ultra-broadband modulation instability gain characteristics in As_2S_3 and As_2Se_3 chalcogenide glass photonic crystal fiber

Based on the designed As_2Se_3 and As_2S_3 chalcogenide glass photonic crystal fiber(PCF) and the scalar nonlinear Schrdinger equation,the effects of pump power and wavelength on modulation instability(MI) gain are comprehensively studied in the abnormal dispersion regime of chalcogenide glass PCF.Owing to high Raman effect and high nonlinearity,ultra-broadband MI gain is obtained in chalcogenide glass PCF.By choosing the appropriate pump parameter,the MI gain bandwidth reaches 2738 nm for the As_2Se_3 glass PCF in the abnormal-dispersion region,while it is 1961 nm for the As_2S_3 glass PCF.     

Electronic,optical, and mechanical properties of BN,AlN, and InN with zinc-blende structure under pressure

In this work, the electronic, optical, and mechanical properties of BN, AlN, and InN under the action of pressure are calculated. For each of these compounds, the energy band structure, band gaps(E~L_g, E~Γ_g, E~X_g), refractive index(n),dielectric constants(ε_∞, ε_0), elastic constants(C_11, C_12, C_44), and relevant parameters such as bulk(B_u), shear(S_h), and Young's(Y_0) moduli are studied, and other important parameters such as bond-stretching(α), bond-bending(β) force constant, internal-strain parameter(ζ), effective charges(e~*_T, Z~*), anisotropy factor(I_s), Poisson's ratio(P_o), Cauchy ratio(C_a), the ductility index(μ_D), and linear compressibility(C0_) are also calculated. The effects of pressure on all studied properties are investigated. Our results are in good agreement with the available experimental and theoretical data for BN,AlN, and InN.     

Numerical investigation on broadband mid-infrared supercontinuum generation in chalcogenide suspended-core fibers

As_2S_3 and As_2Se_3 chalcogenide 3-bridges suspended-core fibers(SCFs) are designed with shifted zero-dispersion wavelengths(ZDWs) at around 1.5 μm, 2 μm, and 2.8 μm, respectively. A generalized nonlinear Schr ¨odinger equation is used to numerically compare supercontinuum(SC) generation in these SCFs pumped at an anomalous dispersion region nearby their ZDWs. Evolutions of the long-wavelength edge(LWE), the power proportion in the long-wavelength region(PPL), and spectral flatness(SF) are calculated and analyzed. Meanwhile, the optimal pump parameters and fiber length are given with LWE, PPL, and SF taken into account. For As_2S_3 SCFs, SC from a 14 mm-long fiber with a ZDW of 2825 nm pumped at 2870 nm can achieve the longest LWE of ～ 13 μm and PPL up to ～72%. For As_2Se_3 SCFs, the LWE of 15.5 μm and the highest PPL of ～ 87% can be achieved in a 10 mm-long fiber with ZDW of 1982 nm pumped at 2000 nm. Although the As_2Se_3 SCFs can achieve much longer LWE than the As_2S_3 SCFs, the core diameter of As_2Se_3 SCFs will be much smaller to obtain a similar ZDW, leading to lower damage threshold and output power. Finally, the optimal parameters for generating SC spanning over different mid-IR windows are given.     

Photoinduced dichroism in lightsensitive suspension layers of As2S3 dispersed in gelatin

The absorption edge shift and the spectra of the dichroism in suspension layers of As₂S₃ dispersed in gelatin induced by a linearly polarized laser light are measured. The results are compared to the photoinduced changes in evaporated As₂S₃ layers.     

Design and simulation of AlN-based vertical Schottky barrier diodes

The key parameters of vertical AlN Schottky barrier diodes(SBDs) with variable drift layer thickness(DLT) and drift layer concentration(DLC) are investigated. The specific on-resistance(R_(on,sp)) decreased to 0.5 m? · cm~2 and the breakdown voltage(V_(BR)) decreased from 3.4 kV to 1.1 kV by changing the DLC from 10~(15) cm~(-3) to 3×10~(16) cm~(-3). The VBRincreases from 1.5 kV to 3.4 kV and the Ron,sp also increases to 12.64 m? · cm~2 by increasing DLT from 4-μm to 11-μm. The VBRenhancement results from the increase of depletion region extension. The Baliga's figure of merit(BFOM) of3.8 GW/cm~2 was obtained in the structure of 11-μm DLT and 10~(16) cm~(-3) DLC without FP. When DLT or DLC is variable,the consideration of the value of BFOM is essential. In this paper, we also present the vertical AlN SBD with a field plate(FP), which decreases the crowding of electric field in electrode edge. All the key parameters were optimized by simulating based on Silvaco-ATLAS.     

20GeS2·80Sb2S3硫系玻璃的析晶行为及动力学机理研究

实现玻璃微晶化过程控制的基础是要充分认识其析晶行为及动力学机理. 利用示差扫描量热法和析晶热处理等手段, 研究发现 20GeS₂·80Sb₂S₃硫系玻璃属于表面析晶, 在268℃(T_g+30℃)下热处理60 h, 可以获得表面约40 μm的Sb₂S₃晶层复合玻璃陶瓷样品. 在此基础上, 利用非等温法从理论上分析该玻璃的析晶动力学机理. 计算得到其析晶活化能E_c为(223.6±24.1)kJ·mol^-1, 在热处理温度(268℃)下的析晶速率常数K为1.23×10^-4 s^-1, 属于较难析晶的玻璃组成; 玻璃的晶体生长指数m和晶体生长维数n均为2, 表明其Sb₂S₃相的析晶行为是二维生长过程, 与析晶实验结果完全相符. 由此可知, 对于Sb₂S₃晶体复合的硫系玻璃陶瓷样品可通过玻璃粉末压片烧结、带铸法或丝网印刷法制备获得, 为今后功能硫系玻璃的开发提供实验依据和理论指导. 关键词： 硫系玻璃 微晶化 析晶动力学 析晶行为     

Photoelastic properties of amorphous As2S3

The piezobirefringence of amorphous As₂S₃ was measured in the wavelength range 0.69 to 1.15 μ, and the pressure dependence of the index of refraction was determined at 0.633 and 1.15μ. The dispersion of the photoelastic constants of As₂S₃ is discussed using a one-oscillator model, and compared with the results of a similar analysis performed on GaAs.     

拉曼光谱技术在恶性骨肿瘤患者红细胞中的研究应用

对单晶态血红蛋白和红细胞的拉曼光谱进行了研究.发现在600～1 750 cm-1的范围内,红细胞与单晶态血红蛋白的拉曼谱图极其相似,只有小量的峰移和加宽.实验结果表明可以通过分析红细胞的拉曼谱图中与heme相关的特征峰来研究红细胞内血红蛋白的结构及功能.对正常人和恶性骨肿瘤患者红细胞的拉曼光谱进行了分析,发现恶性骨肿瘤...     

过渡区p型氢化硅氧薄膜结构和光电特性的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,利用二氧化碳(CO_2)、氢气(H_2)、硅烷(SiH_4)和乙硼烷(B_2H_6)作为气源,制备出一系列p型氢化硅氧薄膜.利用拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和暗电导测试,研究了不同二氧化碳流量对薄膜材料结构和光电特性的影响,获得了从纳米晶相向非晶相转变的过渡区P层.研究表明:随着二氧化碳流量从0增加到1.2 cm~3·min~(-1),拉曼光谱的峰值位置从520 cm~(-1)逐渐移至480 cm~(-1).材料红外光谱表明,随着二氧化碳流量的增加,薄膜中的氧含量逐渐增加,氢键配置逐渐由硅单氢键转换为硅双氢键.P层SiO:H薄膜电导率从3S/cm降为8.3×10~(-6)S/cm.所有p型SiO:H薄膜的光学带隙(Eopt)都在1.82—2.13 eV之间变化.在不加背反射电极的条件下,利用从纳米晶相向非晶相转变的过渡区P层作为电池的窗口层,且在P层和I层之间插入一定厚度的缓冲层,制备出效率为8.27%的非晶硅薄膜电池.