微结构显微光学无损检测方法（特邀）

微纳尺度的微结构可调制光场,提高传感器的灵敏度,是新一代功能器件或传感器件中广泛使用的重要结构特征。包含微细加工在内的先进制造技术的快速发展,对多种型式微纳尺度微结构的无损测量技术提出了紧迫的需求。本文从多维视角论述了国内外行业发展中出现的微结构种类、型式,围绕具有高精度无损检测特质的光学显微技术,阐述了国内外仍在继续发展的微结构无损检测四种主流方法,分析了这些方法的技术特点、适用对象,给出了典型样品的检测结果,其中部分结果是首次发表。结果表明,暗场显微机器视觉法,是振幅型颗粒、凹坑、划痕等有害微结构的有效检测方法,可以实现大尺度样品的快速检测;共焦显微成像和低相干显微干涉法是“相位”型微结构的最佳检测方法,可以得到微结构的三维形貌;光谱反演-过焦扫描法与近红外显微干涉法,是应高深宽比微结构无损检测需求而发展起来的新方法,前者可以快速测得线宽和深度,后者可以测得物镜视场范围内高深宽比微结构的三维形貌,二者可以相互验证与补充。     

谐振式微光学陀螺不同调制方式下背向反射噪声分析

建立了基于反射式光波导环形谐振腔的谐振式微光学陀螺背向反射噪声分析模型,仿真分析了背向反射噪声强度项和干涉项在系统互易和非互易时的影响。比较了不同调制方式下,谐振式微光学陀螺系统中背向反射噪声的抑制情况,研究表明,分频调制下载波抑制的方式可将背向反射噪声抑制到极限灵敏度以下,同频调制下背向反射噪声受限于光开关/脉冲调制器的信道串扰。分别搭建了分频调制和同频调制系统,实验测试结果表明分频调制下陀螺输出稳定,同频调制下由于未对背向反射噪声强度项进行抑制,引入了10°/s量级的噪声,验证了理论仿真结果。     

相图计算在BBO晶体生长中的应用

本文基于所计算的部分含BBO晶体的硼酸盐体系,研究了相图计算CALPHAD技术在BBO晶体生长过程中的一些应用.利用计算结果,阐述了BBO晶体生长过程中的助熔剂的选择、成分配料以及提拉法生长过程中等径条件的控制等环节.本工作结合CALPHAD技术为BBO晶体的生长提供了理论支持.最后,讨论了CALPHAD技术在晶体生长领域所具有的优势和潜力.     

硼掺杂VO2（M）纳米棒的合成、相转变及光学特性

采用V2O5和硼酸为原材料,草酸为还原剂,在水热条件下,成功制备出硼(B)掺杂VO2(B)纳米棒,经Ar气环境退火后,得到了V1-xBxO2(M)系列样品。样品的结构、形貌和相转变温度分别用X-射线粉末衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)等进行表征。用X-射线光电子谱(XPS)来表征样品的组份和元素的价态,样品的红外光吸收谱也被测量。结果显示,当B掺杂达到2.0at%时,V1-xBxO2(M)相的转变温度升高到75.03℃。这个升高的相转变温度可归因于B3+替代V4+引起VO6八面体的晶格畸变,以及局域晶格电子密度的降低。     

(111)择优取向ZnS薄膜的制备及特性研究

采用激光分子束外延技术在Al2O3衬底上成功外延生长了ZnS薄膜.用X射线衍射、扫描电子显微镜和光致发光谱表征了衬底温度对薄膜结构、形貌和光学特性的影响.结果表明所生长的ZnS薄膜为闪锌矿,具有(111)择优长向,随衬底温度的升高,X射线衍射峰的半高宽先减小后增大,在衬底温度为300℃时,半高宽最窄.薄膜结构致密,表面不平整度随衬底温度的升高而增大.薄膜的带隙随衬底温度的升高出现蓝移,可见光区域透射率最高达到98;,在360 nm激发波长下,观测到402 nm和468 nm两个发光带,衬底温度为300℃时,发光最强.     

Mg/Cd共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,研究了Mg/Cd(不同的Cd浓度)共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.研究表明:Mg/Cd共掺杂ZnO,体系的晶胞尺寸变大,但结构稳定.当Mg/Cd为1:1时,吸收边略微发生蓝移.随Cd的掺杂浓度增加,导带部分逐渐下移,禁带宽度变窄,出现红移现象.除此之外体系的吸收率和反射率也减小.说明Mg/Cd共掺杂ZnO,不仅使得体系光学谱丰富,而且透射性增强.这对实验中制备出高透射率的材料具有一定的指导意义.     

便携式633nm激光波长评价系统研究

利用光学拍频法可实现稳频He-Ne激光波长稳定度的测量以及波长不确定度的评定。报道了一种可应用于测量现场的便携式633nm激光波长评价系统,介绍了拍频测量技术原理、激光波长评价系统的基本构成以及与非便携式的传统拍频系统测量激光波长的比对结果。波长评价系统对传统光学拍频光路部分进行了改进并集成为一个便携测量系统,系统采用了全新设计的集成式光学拍频模块、小型化高精度频率计以及频谱监测仪器实现了高信噪比拍频信号的产生、计数与监测,并自主开发了拍频测量数据采集、处理与分析软件。实验结果表明该系统能够在测量现场实现激光波长的稳定度以及不确定度评价,提升了现场测量的便捷性以及测量效率。     

Lu-Eu共掺杂Ga2O3的光电性质的第一性原理计算

宽禁带半导体β-Ga₂O₃因为具有优良的物理化学性能而成为研究热点.本文基于DFT(Density Functional Theory)的第一性原理方法,先采用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized Gradient Approximation-Hubbard U)的方法计算了本征β-Ga₂O₃,Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga₂O₃及Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga₂O₃结构的晶格常数、能带结构和体系总能量.发现采用GGA+U的方法计算的带隙值更接近实验值,于是采用GGA+U的方法计算了本征β-Ga₂O₃,Lu掺杂的β-Ga₂O₃以及Lu-Eu共掺杂的β-Ga₂O...     

分布式电极连续面型微变形反射镜力电耦合特性分析

针对基于MEMS技术制造的连续面型薄膜微变形反射镜,从薄膜理论出发对其力电耦合变形特性进行理论分析,导出了镜面变形表达式。利用该式及响应频率表达式,定量分析了镜面相关尺寸参数对变形量的关系,为变形镜的结构设计提供了可靠的理论依据。结果表明,当镜面厚度为1 μm且与驱动电极间距20 μm时,对控制电压不超过120 V,响应频率大于50 kHz的应用场合,变形镜镜面半径应在2.1～13.8 mm之间进行选择。仿真结果显示,驱动电压较小时,镜面变形与驱动电压平方近似成线性关系。     

Radially polarized and passively Q-switched Nd:YAG laser with composite structure of gain medium

We report on a radially polarized and passively Q-switched Nd:YAG/Cr4+:YAG laser.The bulk Nd:YAG crystal is bonded with two undoped YAG crystal end caps to weaken the thermal lens e?ect and thus,enhance the extraction of stored energy in the bulk gain material.In the absence of active water cooling,the average laser power reaches 383 mW with 33% slope efficiency,and the laser pulse achieves 1.457-W peak power,18.9-ns duration,and 13.9-kHz repetition rate with 97.6% polarization purity.