溅射氧化钛薄膜的光学性能及热处理对其结构的影响

常温下采用反应磁控溅射法在K9双面抛光玻璃基底上沉积氧化钛薄膜,通过X射线衍射仪、光栅光谱仪和椭偏仪对氧化钛薄膜样品的光学和结构参数进行测试和分析．结果表明：溅射沉积的氧化钛纳米薄膜呈非晶态;其折射率和消光系数在可见光波段随波长的增大呈指数规律迅速变小,最终趋于一常数,氧化钛薄膜消光系数的平均值很小表明它在可见光波段是透明的;根据所得光学参数计算得到薄膜的透射率在350-800nm光波范围内,与实验测量结果吻合;沉积的氧化钛薄膜样品经过450℃保温6h的退火热处理后,由非晶态转化为晶态．     

一维光子晶体的带隙分析

折射率交错变化的薄膜结构 ,可以作为一维光子晶体来分析 .采用薄膜光学理论 ,分析了光波在该类一维光子晶体中的传播特性 ,探讨了光子晶体膜层的折射率、光学厚度、中心波长等对一维光子晶体光带隙性能的影响 ,从而为一维光子晶体的设计提供参考 .     

光子晶体负折射的计算机仿真研究

在计算机上采用MATLAB编程进行理想透镜和负折射三棱镜的光路仿真,分析光在光子晶体中的成像条件,重点计算一种典型的二维光子晶体:负折射三棱镜光子晶体的色散特性.结果发现,光子晶体负折射成像的条件是晶体两侧的折射率与晶体折射率必须绝对值相等,晶体的厚度必须大于光源到晶体的距离;光线在进入负折射率光子晶体三棱镜时,会存在一个最大偏向角,负折射三棱镜光子晶体可以通过调节光子晶体的结构参数来改变其色散特性.因此,在实际应用中可以利用光子晶体的色散特性,通过调节相关的结构参数来对分光仪和波分复用/解复用器等光学器件进行相关的性能优化.     

双微流体通道光子晶体光纤传感器分析

利用有限元法对基于双微流体通道光子晶体光纤传感器进行分析．数值模拟了当微流体通道的直径、待测液体折射率、金属纳米薄膜厚度不同时传感器的参数变化特性．结果表明,不同参数的传感器所表现出来的吸收特性各不相同,且表面等离子体共振的激发对待测液体折射率非常敏感．用两种方法分别得出该传感器的灵敏度及分辨率,研究结果为光子晶体光纤传感器的设计和实际操作提供了理论依据．     

采用不同功率溅射制备氧化钛薄膜的研究

常温下,利用射频（RF）反应磁控溅射方法在K9双面抛光玻璃基底上沉积氧化钛薄膜．采用光栅光谱仪对薄膜样品的透射谱进行测试,通过椭圆偏振光谱仪测试并拟合得到薄膜的厚度、折射率和消光系数等光学参数,借助掠入射角X-射线衍射对薄膜的结晶状态进行了测试．实验结果表明：不同溅射功率下沉积的样品呈非晶态,在40～100W范围内,溅射功率越大,薄膜的沉积速率越大,但溅射功率对折射率和消光系数影响不大．     

镜像对称的光子晶体透射带特性

通过传输矩阵方法计算了镜像对称光子晶体的带隙结构,结果表明该结构具有优越的窄带滤波性能.如果在该光子晶体两端均加入较高的折射率介质,构成夹心"三明治"结构,这时的光子晶体透射带结构出现多通道滤波特性;当两端加入不同的较高折射率介质但其光学厚度仍保持为基本结构单元的光学厚度时,得到宽度为50~2500 nm大范围的低透射区,其具有宽带阻波作用;当两端加入的不同高折射率介质但光学厚度变为基本光学厚度的两倍时,则得到在中心波长处出现非常窄的完全透射峰,这种带隙结构可用来设计优异理想窄带滤波器.     

基于控制变量法的一维光子晶体态密度特性的研究

为了研究一维光子晶体态密度特性,文章利用多层膜传输矩阵计算出一维光子晶体的态密度(DOS),通过控制变量法分析了光子晶体中入射光在不同薄膜材料折射率比下和不同周期数下DOS的变化情况,分析表明DOS在一维周期性光子晶体的禁带和导带边缘有突然增强现象。     

一维掺杂光子晶体带隙结构的研究

基于传输矩阵法,数值研究了掺杂一维光子晶体带隙特征。研究表明:一维掺杂光子晶体的带隙是由光子晶体结构决定的,不掺杂时,禁带中心无导带;当掺杂时,禁带中心位置出现一个极窄的导带,并且导带深度随着掺杂位置的不同而变化,当掺杂位置一定时,改变杂质层的折射率,发现随着折射率的变化,禁带中心的导带深度也会随折射率变化而变化,这样我们可以根据晶体的结构,适当选择掺杂位置和杂质折射率,就会在禁带中心出现一个极深的导带,一维光子晶体的这种特性可应用于滤波器件和光学谐振腔的设计。     

Sol-Gel法制备Ba1-xSrxTiO3薄膜的光学性质研究

采用SOL-GEL工艺,在S I(100)衬底上制备了BA1-XSRXTIO3(0.1≤X≤0.3)多晶薄膜,并用椭偏光谱仪在光子能量为2.0~5.2 EV的范围内,测量了不同SR含量X下BA1-XSRXTIO3多晶薄膜的椭偏光谱。建立适当的拟合模型,用最优化法获得了所有样品的光学常数(折射率N和消光系数K)谱及能隙宽度EG。比较这些结果发现:在低能区,BA1-XSRXTIO3薄膜的折射率N随SR含量X的增加无明显变化,但其吸收边向高能方向移动。表明BA离子被SR离子取代后,BA1-XSRXTIO3薄膜的能隙宽度EG增大。     

光子晶体在卡塞格伦光学天线中的应用

光子晶体是一种介电常数在空间周期变化的人造晶体,其最基本的特征是具有光子禁带,是一种新兴的光学材料,其优异的光学特性适应了光学天线发展的需求。文中在介绍了光子晶体的结构、特性及其主要的理论研究方法的基础上,针对光学天线小型化的趋势,介绍了光子晶体的带隙特性给光学天线在分束、滤波、准直方面性能改善提供的便利,最后着重阐述了光子晶体器件在卡塞格伦光学天线中的应用。     

反应磁控溅射制备五氧化二铌光学薄膜

利用低频反应磁控溅射制备五氧化二铌光学薄膜.薄膜的微结构、表面形貌和光学性质等分别采用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜和紫外可见近红外分光光度计等观察和测量.测量发现溅射制备的光学薄膜为非晶结构,具有很好的表面平整度,厚度为515nm,光学波长为550nm处的折射率为2.264,可见光波段的消光系数小于10-3,光学带隙为3.49eV.结果表明制备的五氧化二铌膜是性能良好的光学薄膜.     

中频反应磁控溅射Al_2O_3薄膜的光学性质

采用中频反应磁控溅射技术在玻璃基片上制备了Al2O3薄膜,提出了一种利用透射光谱来简单有效地分析弱吸收薄膜的光学特性及与光学相关的其他物理特性的方法.对Al2O3薄膜进行透射谱测量,通过对薄膜折射率、吸收系数、膜厚度与入射光波长相互关系的分析,获得了Al2O3薄膜在400~1 100 nm区域内的折射率、吸收系数与入射光波长的关系式,以及Al2O3薄膜厚度的计算公式.     

Optical parameters induced by phase transformation in RF magnetron sputtered TiO2nanostructured thin films

Pure TiO2 thin films were deposited onto quartz substrates using a ceramic TiO2 target at an elevated substrate temperature of 573 K by RF magnetron sputtering, and an analysis of structural, optical and photoluminescence characteristics of the films upon phase transformation is reported in this paper. Structural investigations using X-ray diffraction revealed that the as-deposited film was amorphous in nature. Thermal annealing for 2 h at 873 K in air resulted in the formation of anatase phase, and a phase transformation to rutile was observed at 1073 K.An increase in grain size and an improvement in crystallinity were also observed on annealing. Rod- like rutile crystallites were observed in the SEM images of the film annealed at 1273 K. As-deposited films and films annealed up to 1073 K were highly transparent in the visible region with a transparency 480%. Optical band gap of the films decreased upon thermal annealing which is attributed to phase transformation from amorphous to anatase and then to rutile. Optical parameters such as refractive index, optical conductivity and optical dielectric constant increased with increase in annealing temperature. Since rutile is the optically active phase, the superior refractive index of the film annealed at 1073 K along with its high transparency in visible region suggests the application of this film in antireflective coatings. Photoluminescence emission of maximum intensity was observed for the film annealed at 873 K, which exhibits anatase phase. Intense blue emission observed in this film makes it suitable for use in optoelectronic display devices.     

Complete photonic bandgaps in 12-fold symmetric quasicrystals

Photonic crystals are attracting current interest for a variety of reasons, such as their ability to inhibit the spontaneous emission of light. This and related properties arise from the formation of photonic bandgaps, whereby multiple scattering of photons by lattices of periodically varying refractive indices acts to prevent the propagation of electromagnetic waves having certain wavelengths. One route to forming photonic crystals is to etch two-dimensional periodic lattices of vertical air holes into dielectric slab waveguides. Such structures can show complete photonic bandgaps, but only for large-diameter air holes in materials of high refractive index (such as gallium arsenide, n = 3.69), which unfortunately leads to significantly reduced optical transmission when combined with optical fibres of low refractive index. It has been suggested that quasicrystalline (rather than periodic) lattices can also possess photonic bandgaps. Here we demonstrate this concept experimentally and show that it enables complete photonic bandgaps--non-directional and for any polarization--to be realized with small air holes in silicon nitride (n = 2.02), and even glass (n = 1.45). These properties make photonic quasicrystals promising for application in a range of optical devices.     

不同氩气流量下溅射所得TiO_x薄膜的结构和光学性能

为探究不同氩气流量对TiOx薄膜结构和光学性能的影响,采用常温反应磁控溅射法,在K9双面抛光玻璃基底上制备TiOx薄膜样品,利用X线衍射分析样品的晶体结构,通过原子力显微镜观察样品表面结构,使用光栅光谱仪测试样品透射率,并计算得到薄膜沉积速率和消光系数等光学参数.实验结果表明:氩气流量对TiOx薄膜的光学性能具有较为明显的影响,随着氩气流量的增加,薄膜的光学厚度和沉积速率随之增加,而折射率有微小增加,消光系数受氩气流量的影响不大.     

掺杂与应力对ZrO2薄膜电子结构和光学性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法系统地研究了掺杂和应力对ZrO_2薄膜的电子结构与光学性质的影响.本文首先研究了Hf原子替代掺杂对ZrO_2薄膜物性的影响,研究结果表明,Hf原子掺杂减小了ZrO_2薄膜的带隙和态密度大小,可在一定程度上降低其表面缺陷电荷和漏电流.掺杂Hf原子后介电峰和吸收峰的值明显下降,同时介电峰和吸收峰的波形均出现了窄化现象,半高宽显著减小.本文也着重研究了不同应力下四方晶相ZrO_2薄膜物理性质变化及规律.研究发现压应力显著调控了ZrO_2薄膜的带隙以及价带顶和导带底附近的能带结构.施加应力后吸收峰的吸收范围和强度均显著增大,峰值对应的光子能量蓝移则表明对紫外光的吸收随着应力的增加有所增强.在低能量红外和可见光区域,施加压应力后ZrO_2薄膜的折射率变大,但在紫外线区域,压应力使ZrO_2薄膜的折射率呈现出先增大后减小的波动特性.上述研究结果为ZrO_2薄膜材料的设计与应用提供了理论依据.     

常压下低折射率纳米多孔二氧化硅薄膜的制备

以正硅酸乙酯(TEOS)为有机醇盐前驱体,采用溶胶-凝胶技术,通过酸/碱二步法控制实验条件,结合低表面张力溶剂替换以及甲基非活性基团置换修饰、超声振荡等,在常压下成功地制备出折射率在1.11～1.27范围内的二氧化硅纳米多孔光学薄膜。制备过程中充分注意到稀释、老化、有机修饰表面、热处理和提拉条件对薄膜都有很大的影响,利用这些因素可以对该纳米薄膜的孔洞率、折射率进行控制,尤其是能制备低折射率薄膜,从而为该薄膜的应用开发奠定基础。采用椭偏仪测量薄膜的厚度和折射率,薄膜中高的孔洞率、低的折射率归结于最终干燥阶段中的弹性回跳。扫描电镜(SEM)观察发现修饰薄膜的表面形貌具有明显的多孔结构。耐磨实验表明所制备的薄膜有良好的机械性能。     

等效折射率模型分析二维光子晶体微谐振腔模态

 采用数值计算方法,利用等效折射率模型研究不同折射率材料制造的二维光子晶体微谐振腔的模态。发现可以通过增加薄膜厚度达到良好的光子局域化。讨论了薄膜层材料折射率分别为n=3.42,2.50,1.80,1.60,薄膜层厚度分别对应为0.1529,0.2182,0.3341,0.4003μm,其等效折射率分别对应于2.81,2.23,1.52,1.38时,达到良好光子局域,说明介质材料与空气折射率差值小的光子晶体微谐振腔结构若要有好的光子局限能力,除了需要靠介质材料本身的全反射效应外,还需有足够厚的膜层厚度。从而找到一个能控制光场分布同时维持单模振荡的机制,揭示微谐振腔体薄膜层厚度对模态影响,为实际研制具有高质量微谐振腔提供了一种较好的预估手段。