高Q值半球谐振子精密加工技术研究

半球谐振子的机械能量损耗包括材料本征损耗、空气阻尼损耗、支撑损耗、热弹性损耗和表面损耗等,直接影响了半球谐振子Q值。通过分析这些能量损耗的数学模型,总结出半球谐振子的关键技术指标是材料性能、形位精度和表面粗糙度。综合考虑半球谐振子的精度和工程化应用,提出了一套高精度半球谐振子加工工艺,经过精密磨削、精密抛光和化学抛光后,加工得到的谐振子球面圆度小于0.25μm,表面粗糙度小于15 nm,品质因数大于5.2×10⁷。对高精度半球谐振子加工和半球谐振陀螺制造工程化具有重要的指导意义。     

超高Q值光学微腔光谱信号采集系统设计与分析

针对超高品质因子Q值光学微腔实验系统的光谱数据采集难题,设计了一款针对光学微腔的光谱信号采集系统。对光谱信号采集系统进行了基本功能验证,证明了系统的稳定性和实用性;分别测试了基于电弧放电法制备的光纤微球腔与基于超精密抛光法制备的氧化硅晶体微盘腔。采集了光纤微球腔和氧化硅晶体微盘腔的透射谱,并对其模式谱线进行追踪。结果表明：光纤微球腔的Q值达到2.26×10⁶,氧化硅晶体微盘腔的Q值达到10⁹;采集系统具有很好的消噪功能,模式谱线能长时间保持稳定。针对超高Q值光学微腔开发的光谱信号采集系统具有很高的可靠性,可用于微腔光子学系统以及后续微腔传感应用开发。     

硅基二维平板光子晶体高Q微腔的制作和光谱测量

利用微加工技术, 在SOI上制作出了高Q值的光子晶体微腔, Q值可以达7×10⁴以上, 为后续的光与物质相互作用和量子信息方面的实验奠定了基础. 实验结果与理论模拟符合得较好. 通过三维时域有限差分法模拟, 得到光子晶体微腔的Q值为1.2×10⁵左右. 关键词： 光子晶体 微腔 微加工     

MgF2:Mn2+光谱、超精细常数和局部结构的关联

基于电子顺磁共振(EPR)超精细常数A_s确定键长的新方法和半自洽场d轨道理论，对MgF₂:Mn²⁺光谱和EPR超精细常数作出了统一解释.得到室温下MgF₂:Mn²⁺晶体中杂质中心Mn—F的键长为0.2124±0.0010nm. 关键词： 晶体场 电子顺磁共振 光学和磁学性质     

端抽运Yb3+:YVO4激光准三能级理论模型研究

立足于Yb离子能级结构、谐振腔增益损耗和布居数分配情况, 利用爱因斯坦辐射理论和速率方程理论, 建立了适合Yb³⁺离子激光的准三能级理论模型. 该模型引入有效腔长增益贡献因子对腔内光强进行了从头计算, 获得了阈值方程. 利用此模型与Yb激光的实验结果相比较, 发现有效腔长对增益的贡献可以改变腔内损耗和粒子数反转的概率, 也继而影响激光阈值和输出功率效率. 应用于LD端抽运Yb³⁺:YVO₄激光实验中, 在971 nm LD抽运, 有效晶体长度 L=1 mm, 输出镜透过率对激光波长1016 nm为1%条件下, 获得阈值为1.1 W; 有效晶体长度L=2 mm, 输出镜透过率为10%条件下, 阈值获得为3.9 W. 关键词： 3+:YVO₄')" href="#">Yb³⁺:YVO₄ 准三能级模型 有效腔长增益贡献因子     

消逝波激励的双波段光纤回音壁模式激光辐射

将石英光纤浸入低折射率的染料溶液中后构成圆柱形微腔.采用轴向光抽运消逝波激励激光增益的方式,使增益区域局限在圆柱形微腔回音壁模式的模场区域内,由此显著地提高了抽运效率,增加了沿光纤轴向的增益长度.在一根石英光纤的轴向分段填入浓度同为2×10^-3mol/L的罗丹明6G和罗丹明B乙醇溶液,在567—576nm 和592—600nm的两个波长范围内同时获得回音壁模式的激光辐射;分段填入浓度为8×10^-4和8×10^-3mol/L的罗丹明B乙醇溶液, 关键词： 消逝波激励 圆柱形微腔 回音壁模式 双波段激光辐射     

MgF2单晶的THz光谱研究

利用THz时域光谱技术对MgF₂晶体(样品1)和MgF₂：Co晶体(样品2)在0.5—2.5 THz的吸收特性进行了研究.在0.5—2.5 THz波段，样品1吸收系数α(ν)随频率ν增加而增大，最大值为24 cm^-1.样品2的吸收系数比样品1大得多，Co掺杂使晶格吸收带边向低频移动，而且样品2在1.9 THz有吸收峰，吸收系数达到70 cm^-1，由此求出F^--Co²⁺离子键伸缩振动的键力常数K为3.40×10^-2　N/cm.这一结果表明，THz光谱分析有可能成为研究晶体化学键的一种重要手段.利用光学常数之间的关系计算了两个样品在0.5—2.5 THz的介电函数的实部ε₁(ν)，得到样品1的ε₁(ν)值在4.67至4.73之间，样品2的ε₁(ν)值在4.62至5.01之间. 关键词： THz辐射 光谱 2晶体')" href="#">MgF₂晶体     

自受激拉曼晶体Nd3+:SrMoO4的光谱性质研究

通过拉曼散射光谱，吸收光谱，荧光发射寿命和808 nm LD激发下的红外荧光光谱的实验测量，系统研究了Nd³⁺:SrMoO₄晶体的自受激拉曼光谱性质.分析指认了拉曼散射光谱中各拉曼峰所对应的晶格振动模式，得出了其SRS活性最强的声子频率约为898 cm^-1，对应于(MoO^2-₄)离子团的完全对称光学伸缩振动A_g模；通过J-O理论对晶体的吸收谱进行了全面的光谱参数计算，得出⁴F_3/2→⁴I_11/2跃迁的积分发射截面达0.57×10^-18 cm²，自发辐射概率为141.06 s^-1；同时，实验测得该跃迁的荧光发射寿命约为0.2 ms.最后，结合808 nm LD激发下的红外波段荧光光谱，论证了SrMoO₄晶体中Nd³⁺离子1068 nm发射通过拉曼频移获得1180 nm一级斯托克斯激光发射的可能性，为Nd³⁺:SrMoO₄晶体的自受激拉曼激光器研究提供了理论依据. 关键词： 3+离子')" href="#">d³⁺离子 4 晶体')" href="#">SrMoO₄ 晶体 自受激拉曼散射     

Ta2O5-PMMA复合栅绝缘层对OFETs性能的影响

选用五氧化二钽（Ta₂O₅）-聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合材料作为栅绝缘层制备了并五苯有机场效应晶体管（OFETs）。通过在Ta₂O₅表面旋涂一层PMMA可以降低栅绝缘层的表面粗糙度,增大其场效应晶体管的迁移率。研究了厚度在20~60 nm范围内的PMMA对复合绝缘层表面形貌、粗糙度以及器件电学性能的影响。结果表明,当PMMA厚度为40 nm时,器件的电学性能最佳。与单一的Ta₂O₅栅绝缘层器件相比,其场效迁移率由4.2×10^-2 cm²/（V·s）提高到0.31 cm²/（V·s）;栅电压增加到-20 V时,开关电流比由2.9×10²增大到2.9×10⁵。     

Ti75Al25合金微观结构演变的分子动力学模拟

本文利用分子动力学模拟方法,研究了液态Ti₇₅Al₂₅合金在不同冷却条件下形成晶体及非晶的过程(Q1:1.0×10¹³K Ks^-1,Q2:1.0×10¹¹Ks^-1).利用平均原子体积、双体分布函数、键角分布函数、键对分析和Voronoi多面体方法研究了微观局域结构随温度的变化关系.研究发现:在Q1冷却过程中,液态Ti₇₅A1₂₅合金在1000 K发生玻璃化转变,形成非晶结构;而在Q2冷却过程中,液态Ti₇₅Al₂₅合金发生结晶,并最终形成hcp晶体结构.     

矩形晶格高偏振、低损耗铋锗镓光子晶体光纤的结构设计及性能分析

非对称结构光子晶体光纤应用广泛。其良好的偏振特性、灵活的色散调控能力以及低限制损耗品质,对于优化与改善偏振光纤器件、非线性光学光纤、光通信光纤、光纤传感器等性能发挥着关键的作用。选用高折射率铋锗镓激光玻璃为材料,设计了八边形阵列、矩形晶格排列的光子晶体光纤,纤芯缺陷区包层及外包层均为圆形空气孔。模拟实验数据显示,结构参数为M=0.5,0.6时,在波长为1.55 μm处的双折射系数分别为1.16×10⁻²和1.33×10⁻²;在近红外波段短波区,矩形晶格结构光子晶体光纤的色散范围分别在±30 ps·nm⁻¹·km⁻¹之间及−18～32 ps·nm⁻¹·km⁻¹之间。色散斜率较低,曲线具有零色散点,展现了良好的连续谱调控能力;在1.00～1.90 μm波段内,当M=0.5,0.6时,光纤限制损耗稳定在10⁻⁷～10⁻⁹ dB·km⁻¹之间;在1.55 μm处,限制损耗测量值分别为2.32×10⁻⁷和1.62×10⁻⁸ dB·km⁻¹。     

BaWO4∶Eu3+红色荧光粉的水热制备及其发光性能

采用水热法,通过变化水热反应时间制备出不同的BaWO₄∶Eu³⁺样品,利用XRD和SEM分析了样品的晶体结构和表面形貌,研究了基质晶体生长取向对BaWO₄中Eu³⁺离子特征发射的影响。实验结果表明:BaWO₄∶Eu³⁺样品在395 nm近紫外光或464 nm蓝光激发下发射578,592,612 nm的红光,其中612 nm(⁵D₀→⁷F₂)发射强度明显高于592 nm (⁵D₀→⁷F₁)。在水热温度160 ℃的情况下,所制备的样品均为四方相,不同的水热反应时间将影响晶体在各晶向的生长速度,进而影响晶体的对称性和发光性能。水热时间为10 h时的发射强度最大。     

Er3+/Yb3+掺杂氟硅铅酸盐微晶玻璃的上转换发光

制备了微晶体尺寸大约在10—12 nm范围内的Er³⁺,Yb³⁺共掺杂透明氟硅铅酸盐微晶玻璃.相同功率激发下,纳米微晶玻璃中Er³⁺离子的²H_11/2,⁴S_3/2→⁴I_15/2的绿色上转换荧光和⁴F_9/2→关键词： 3+')" href="#">Er³⁺ 3+')" href="#">Yb³⁺ 能量传递 纳米微晶玻璃     

Tm3+掺杂硅酸镓镧(La3Ga5SiO14)晶体的结构与光学性能研究

利用X射线粉末衍射确定了Tm³⁺掺杂硅酸镓镧(La₃Ga₅SiO₁₄,LGS)晶体的晶体结构;运用DICVOL91程序计算了该晶体不同部位的晶胞参数;测定了Tm：LGS晶体的室温吸收谱和470nm光激发下的发射光谱;根据Judd-Ofelt理论拟合了Tm³⁺的三个晶场调节参数Ω_t(t=2,4,6),分别为2.694×10^-20cm²,1.842×10^-20cm²,0.030×10^-20cm²;计算了各个能级跃迁的谱线强度、振子强度、吸收截面等,进而计算了³H₄和³F₄态的自发跃迁概率、辐射寿命、荧光分支比和积分发射截面,并对结果进行了分析. 关键词： Tm：LGS晶体 吸收谱 Judd-Ofelt理论 光谱参数     

NaYF4∶Er3+的水热合成及其紫外上转换发光性能

采用水热法制备了Er³⁺掺杂的NaYF₄上转换发光材料,X射线衍射结果表明,当反应温度为180 ℃和200 ℃时,晶体属于六方晶型和四角晶型混合相态;当反应温度为220 ℃时,该晶体属于纯六方晶型结构。SEM和TEM观察发现,晶粒为六角形,样品颗粒分散性好,平均粒径约为100 nm。荧光光谱测试结果表明,当激发波长为500 nm时,样品发射出紫外光。从Er³⁺能级图谱可以得出,Er³⁺基态电子⁴I_15/2首先跃迁到²H_11/2与⁴S_3/2能级上,随即经过能量转移上转换过程(ETU)分别发射出310 nm和340 nm的紫外光。结合Er³⁺发光机理可以推出上转换峰310 nm和340 nm均属于双光子过程。 研究结果表明,以NaYF₄为基质掺杂Er³⁺产生的紫外上转换光在生物成像、光催化发应及生物标记等方面有着广阔的应用前景。     

Pr,Yb,Ho:GdScO3晶体生长及光谱性能

2.7—3.0μm波段激光在很多领域具有重要应用,为探索和发展该波段新型晶体材料,本文采用提拉法生长出Pr, Yb, Ho:GdScO₃晶体,通过共掺入Pr³⁺离子以达到衰减Ho³⁺:⁵I₇能级寿命的目的.采用X射线衍射测试得到了晶体的粉末衍射数据,测量了拉曼光谱,并对晶体的拉曼振动峰进行指认,对Pr, Yb, Ho:GdScO₃晶体的透过光谱、发射光谱和荧光寿命进行表征. Yb³⁺的最强吸收峰在966 nm,吸收峰半峰宽为90 nm;2.7—3.0μm波段最强发射峰在2850 nm,半峰宽为70 nm; Ho³⁺:⁵I₆和⁵I₇能级寿命分别为1094μs和56μs.与Yb,Ho:GdScO₃晶体相比, Yb³⁺的吸收峰和2.7—3.0μm的发射峰半峰宽明显展宽,同时下能级寿命显著减...     

Nd3+螯合物的含氢有机溶液光谱性能研究

研究了Nd(TTA)₃螯合物溶于二甲基甲酰胺溶剂的光谱性质，溶液中所有氢未置换为氘.测量了这种溶液体系的吸收谱、荧光谱和荧光寿命.在898和1058 nm波长处观察到明显的Nd³⁺荧光特征峰.用Judd-Ofelt理论对吸收谱进行分析计算，得到了三个强度参数Ω_t(t=2,4,6)分别为Ω₂=4.9×10^-20 cm², Ω₄=5.1×10^-20 cm²和Ω₆=2.5×10^-20 cm².利用强度参数计算了⁴F_3/2能级与⁴I_9/2和⁴I_11/2之间的跃迁强度S_ed、自发辐射系数A_ed以及荧光分支比β等，估算了⁴F_3/2能级的辐射跃迁寿命τ_r＝682 μs.实测1058和898 nm波长处荧光寿命τ大约为460和505 μs，因此荧光量子效率分别高达0.67和0.74.荧光量子效率高表明Nd³⁺在这种溶液中无辐射跃迁比较弱；强度参数Ω₂比较大，表明Nd³⁺在溶液中具有不对称配位场环境，不对称的配位场环境可大大促进Nd³⁺吸收激发能量.光谱质量因子Ω₄/Ω₆>1，使得898 nm的辐射强于1058 nm的辐射. 关键词： Nd 有机溶液 光谱性能 Judd-Ofelt理论     

回转椭球体氟化钙毫米晶体微腔制备与谐振特性分析

氟化钙晶体微腔相比玻璃材料微腔,具有吸收系数小、缺陷少、纯度高、对周围环境湿度不敏感的优势,在微波光子学、陀螺仪和非线性光学等领域具有潜在的应用价值。通过超精密加工技术制备了回转椭球体氟化钙毫米晶体微腔。研发了一套精密加工系统来制备这种微腔,所制得的微腔形状为回转椭球体,微腔结构边缘表面粗糙度低至1.97 nm。使用光纤锥波导与氟化钙微腔实现了高效耦合,此耦合系统展现了高达～10~8的超高品质因子Q值和低至约0.03 nm的自由光谱范围。这些结果证明了针对氟化钙微腔的加工手段具有重要意义,将大大促进其应用。氟化钙微腔的特性也证明了它在光学滤波器、腔量子动力学、非线性光学和陀螺仪等应用中的潜力。     

梯度掺杂与均匀掺杂GaN光电阴极的对比研究

为了提高负电子亲和势(NEA)GaN光电阴极的量子效率,利用金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)外延生长了梯度掺杂反射式GaN光电阴极,其掺杂浓度由体内到表面依次为1×10¹⁸ cm^-3,4×10¹⁷ cm^-3,2×10¹⁷ cm^-3和6×10¹⁶ cm^-3,每个掺杂浓度区域的厚度约为45 nm,总的厚度为180 nm.在超高真 关键词： NEA GaN光电阴极 梯度掺杂 量子效率 能带结构     

Cu1-xHxZr2(PO4)3中Cu2+的EPR谱和局域结构研究

本文采用Cu²⁺斜方对称电子顺磁共振（EPR）参量的高阶微扰公式计算了晶体Cu_1-xH_xZr₂（PO₄）₃中Cu²⁺的EPR参量（g因子和超精细结构常数A因子）．计算结果表明,晶体Cu_1-xH_xZr₂（PO₄）₃中[CuO₆]^10-基团的Cu-O键长分别为R_||≈0.241 nm,R_⊥≈0.215 nm,平面键角τ≈80.1°;由于对称性降低,中心金属离子基态²A_1g（θ）和²A_1g（ε）有一定程度混合,混合系数α≈0.995．所得EPR谱图的理论计算值与实验数据符合得很好．