新型远红外Ge-Te-I硫系玻璃性能研究

采用传统的熔融-淬冷法制备了系列Ge20Te80－xIx(x=2,4,6,8 mol%) 玻璃样品.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、差热分析仪等设备系统测试了玻璃结构和物化性质,分析了卤素I对玻璃形成及稳定性的影响|利用分光光度计、红外光谱仪等研究了玻璃光谱性质,分析了I对玻璃的短波吸收及红外透过光谱的影响|利用Tauc方程计算了样品的直接和间接光学带隙.实验结果表明:I的引入,降低了Te的金属性,提高了Te基硫系玻璃的成玻能力|随着卤素I含量的增加,玻璃的密度减小,摩尔体积增大,且短波吸收截止边发生红移,光学带隙减小|I的引入提高了玻璃的热稳定性,其中玻璃组分为Ge20Te72I8样品热稳定性最好,其特征温度（ΔT）达到121℃|各Ge-Te-I玻璃样品均具有良好的红外透过性能,其红外透过范围为1.8~25 μm.     

高能γ探测系统中的光耦合部件参数优化

建立了Geant4软件粒子输运模拟平台,完成了核聚变高能射线能量-时间联合谱探测系统的探测效率计算数值建模;提出了遗传算法调用Geant4软件的射线探测系统参数优化方法。以自聚焦透镜前端与塑料闪烁体后端面的距离、自聚焦透镜后端面的长度及自聚焦透镜与通信光纤前端的距离为自变量,以耦合效率为适应度函数,实现了高能探测系统中由塑料闪烁体-自聚焦透镜-通信光纤组成的光耦合部件参数的优化算法。优化结果表明,该算法可以提高塑料闪烁体发出的荧光由自聚焦透镜耦合到通信光纤中的效率,最大可达4.77%。     

Z箍缩中子编码诊断系统模拟平台搭建

开发了基于Geant4的Z箍缩中子编码成像系统模拟平台,实现聚变中子编码成像诊断系统各关键部件的完整模拟。获得了低中子产额（约1010量级）下,中子经编码孔编码后在闪烁体阵列中形成的发光分布图像。利用维纳滤波、Richardson-Lucy（RL）及遗传算法（GA）对低中子产额下获得的极低信噪比图像进行重建,并对信噪比、中子产额及重建效果进行了对比研究,结果表明:遗传算法对低信噪比中子编码图像的重建具有很强的鲁棒性;中子编码图像的信噪比与遗传算法重建结果的准确性呈正比。     

水下切伦科夫光光斑的蒙特卡罗模拟

分别采用分出截面法和积累因子法计算了水下放射性源透过一次屏蔽体的中子与射线的剂量场分布,并在这些分布条件下,利用Geant4软件射线在穿越二次屏蔽体后继而穿越后续水层,计算出在3 m水层中产生的切伦科夫(Cherenkov)光通量分布和光谱分布。以纯水为传播介质,在考虑Cherenkov光在不同水层中传播所造成的几何衰减和水层吸收等因素后,由计算获得了Cherenkov光光斑大小和强度分布。     

Tm3+/Yb3+共掺碲酸盐玻璃的近红外发光及能量传递机理

采用高温熔融法制备了组分为TeO₂-ZnO-Na₂O的Tm³⁺离子单掺和Tm³⁺/Yb³⁺共掺碲酸盐玻璃,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品的强度参量Ω_t(t=2, 4, 6),自发辐射跃迁几率A,荧光分支比β和荧光辐射寿命τ_rad等光谱参量,测量得到了不同Yb³⁺离子掺杂浓度下玻璃样品的Tm³⁺离子上转换发光谱.结果显示,在980 nm泵浦光激励下玻璃样品发射出强烈的近红外上转换荧光.对Tm³⁺离子上转换发光分析表明,强烈的Tm³⁺离子近红外上转换发光主要来自于Yb³⁺/Yb³⁺离子间的共振能量传递以及基于单声子和双声子辅助的Yb³⁺/Tm³⁺离子间的非共振能量传递过程,并进一步计算得到了声子贡献比和能量传递系数.最后,计算分析了Tm³⁺:³F₄→³H₆能级间跃迁的1.8 μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数.研究表明,Yb³⁺/Tm³⁺共掺TeO₂-ZnO-Na₂O玻璃可以作为近红外波段固体激光器的潜在增益基质.     

N—异丙基甲基丙烯酰胺共聚热缩温敏水凝胶

从甲基丙烯腈与异丙醇反应制备了Ｎ－异丙基甲基丙烯酰胺（ＮＩＰＭ），研究了其以Ｎ，Ｎ＇－亚甲基双丙烯酰胺（ＭＢＡ）为交联剂在不同溶剂体系的聚合及所形成的水凝胶的性质。表明ＮＩＰＭ－ＭＢＡ凝胶具有热缩温敏性。在ＮＩＰＭ－ＭＢＡ体系引入丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠等负离子单体时，凝胶的溶胀比明显增加，ＭＢＡ所占比例较少的体系，具有热缩、热胀双重性。     

Se改良的远红外Te基硫系玻璃

将成玻性良好的Se逐步掺入到远红外Ge-As-Te玻璃中,观察其物理、光学特性的渐变过程.采用传统熔融淬冷法制备Ge_(10)As_(40)Te_(50-x)Se_x(x=0,10,20,30,40,50)系列玻璃,用X射线衍射仪、Raman光谱仪、热膨胀仪测试玻璃的内部微观结构和物化性质;用傅里叶红外光谱仪、分光光度计测试玻璃的可见/近红外与红外透射光谱等频谱性质;利用经典Tauc方程估算玻璃样品的直接和间接带隙.测试结果表明:Se含量的增加能有效提高玻璃的热稳定性,最高玻璃转化温度可达到233℃;可见/近红外短波截止边发生蓝移,光学带隙增大,透过范围广且透过性良好,红外透过率最高可达到56%,红外截止边仍然保持在20μm,当Se含量配比在低于2 mol的情况下,其热稳定性改善明显但光谱变化最小.最后,讨论了一种加还原剂Mg对该类玻璃进行提纯的方案,实验表明提纯后玻璃的透过谱线均匀平滑且无明显杂质峰.     

远红外新型碲基悬吊芯光纤的制备及光学性能研究

利用熔融淬冷法制取了(Ge_(10)Te_(43))_(90)-AgI_(10)和Ge_(10)Sb_(10)Se_(80)玻璃,并采用挤压法制成了一种对环境无害的双材料类芯包结构的悬吊芯光纤.制成的光纤具备3～11μm的宽谱透光性,其最低损耗仅为0.5dB/m.讨论了GeTe-AgI悬吊芯光纤的光场模式和红外激光光斑,并利用中红外光参量放大器进行激光泵浦,获得了光谱宽度为1.6～8.9μm的超连续谱输出.     

低零色散Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃

从玻璃组分与玻璃光学折射率分布及零色散波长位置的影响机理出发,研究低色散卤化物对硫系玻璃的色散调控作用.制备了Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃,利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了该玻璃的物化性质,分析了原料和玻璃提纯工艺、CsI含量对玻璃形成以及透过范围的影响,并计算了该玻璃的材料色散.实验结果表明:该玻璃的透过范围可覆盖可见光至中远红外波段(0.55~18μm);该玻璃的材料零色散点随着CsI含量的增加明显蓝移,摩尔百分比为20%和40%的CsI含量可使该玻璃材料的零色散波长蓝移至3.5μm和1.5μm附近,且该玻璃的热稳定性较好,有利于低色散中红外光纤的制备和应用.结合玻璃提纯技术和高温聚合物保护拉丝光纤拉丝工艺,获得了最低损耗为8.2dB/m的单折射率硫卤玻璃光纤.     

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.