运用有效介质理论研究Au/AAO纳米复合结构的光学特性

运用Maxwell-Garnett(M-G)有效介质理论模拟了Au/阳极氧化铝(AAO)纳米有序阵列复合结构在200~2 500 nm波段内的光学常数,并研究了300~1 000 nm波段Au组分的体积分数及长径比对Au/AAO复合结构的光学常数n和k的影响.结果表明,Au组分的体积分数和长径比对Au/AAO复合结构的光学常数有较强的调制作用.同时发现,Au组分体积分数对Au/AAO复合结构吸收、反射特性有较大影响.     

3C-SiC的能带结构和光学函数的第一性原理计算

利用从头计算的全势缀加平面波理论方法研究了3C-SiC的能带结构和基本的光学函数，得到了Si、C分波态密度和能带结构．介电函数的虚部由能带结构的计算直接得到．经带隙校正后，由Kramers—Kronic（K—K）色散关系计算了介电函数的实部．由得到的介电函数计算了折射率、消光系数和反射率．经比较，计算的结果与已有的实验数据基本相符．     

等离子体噻吩聚合膜紫外吸收的讨论

从等离子体噻吩聚合膜的反射谱和透射谱,运用传递距阵方法计算得到膜的光学常数:折射率n_f和消光系数k_f(受测量仪器限制,反射谱和透射谱以能量(?)ω表示的频率宽度为0.4～4.0 eV)。等离子体噻吩聚合膜在这个频率宽度内,没有显示出对光的强吸收。由膜的折射率谱及塞尔迈耶公式,可推断在大于4.0 eV紫外区,等离子体噻吩聚合膜存在一定强度的吸收。并进一步利用复数介电函数的实部与虚部之间的 k-k关系,以振子模型进行外推,对等离子体噻吩聚合膜的紫外吸收进行讨论。     

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．     

单层二硫化钼光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了单层和体材料二硫化钼(MoS2)的电子能带结构及光学性质.在能带结构计算的基础上,计算了单层和体材料MoS2的介电函数虚部及实部,并导出了单层MoS2的能量损失谱、吸收系数、反射率、折射率和消光系数等.同时给出了体材料及单层MoS2介电函数图像中各峰值与对应的能带带间跃迁之间的关系.所得结果与实验结果及现有的理论结果相符合.     

金属纳米颗粒复合薄膜的光吸收特性研究

根据Mie散射理论,研究了金属纳米颗粒镶嵌在载体介质中的复合薄膜的光吸收特性,计算得到Cu的介电常数与波长的关系．结果表明：当金属介电常数的虚部ε2变化不大时,复合薄膜的共振吸收峰峰位决定于金属介电常数的实部ε1和载体介质的折射率nd．     

磁控溅射制备钛薄膜的结构和光学性质

利用直流磁控溅射技术在石英基片上沉积厚度为35～112nm的钛薄膜.采用X射线衍射仪和原子力显微镜分别对薄膜的微结构和表面形貌进行观测,用分光光度计测量样品的透射和反射光谱.选用德鲁特光学介电模型,通过拟合样品的透射和反射光谱数据的方法求解钛薄膜的折射率、消光系数和厚度.结果表明,随着厚度的增加,(100)面衍射峰强度增强,薄膜的结晶性能提高;膜厚为56nm时,样品的表面为多孔结构,而大于56nm时表面为连续膜的球形颗粒结构;随膜厚的增加,表面颗粒直径逐渐增大,表面粗糙度减小.在400～2 000nm波长范围内,薄膜的透射率随膜厚的增加而减小,反射率升高;折射率在2.5与3.4之间,消光系数在0.7与1.4之间,折射率和消光系数均随膜厚的增加而增加.     

复介电一维双周期光子晶体的透射谱结构及其特性

利用传输矩阵法研究一维双周期光子晶体的带隙结构、增益和衰减特性。结果表明:双周期一维二元和三元复合光子晶体的光子带隙结构具有宽禁带的特点,并且两带隙的交叠处出现了多个共振透射峰;当组成该光子晶体的一种介质为复介电且其虚部为负时,各共振透射模式都出现了不同程度的增益;随着复介电常量虚部的增加,各透射增益先增加后减少,中间存在一极值点,但是各共振透射模式出现透射增益极值点的虚部不同,且最大增益的大小也不同;当组成该光子晶体的一种介质的复介电虚部为正时,各共振透射模式的透射峰出现衰减。     

保护层Ag对Ag/TbFeCo光学性质的影响

磁光记录介质非晶稀土-过渡金属合金TbFeCo薄膜覆盖Ag保护层可减小稀土元素的氧化且能增强其磁光克尔效应。利用直流磁控溅射法制备出Ag/TbFeCo／Si(100)磁光薄膜,利用可变入射角椭圆偏振光谱仪测量了其可见光区的光学常数,给出薄膜介电函数实部和虚部随入射光子能量的变化规律,同时把Ag／Si、Ag／TbFeCo／Si和TbFeCo／Si的光谱进行了比较。实验结果与经典的Drude模型相一致,而且Ag／TbFeCo／Si的光谱更接近Ag。不同厚度Ag/TbFeCo／Si薄膜其光学参数变化趋势相同,且随Ag厚度的增加变化幅度减小。     

具有复介电常量对称结构一维三元光子晶体透射谱的研究

利用传输矩阵法理论,研究含复介电常量对称结构一维三元光子晶体的光传输特性。结果表明：当各层介质的介电常量均为实数时,在较宽的禁带范围内出现一条透射率为100%的透射峰;当介质介电常量含正虚部时,禁带中的透射峰出现透射衰减现象,若含有负虚部时,透射峰则出现透射增益现象;随着复介电正虚部的增大,透射峰出现单调衰减,而随着复介电负虚部绝对值的增大,透射增益达到一极大值,随后减小;在不同介质层引入复介电常量引起透射峰的透射率衰减或增益强度不同。这些特性对设计光放大器、衰减器等新型光学器件有一定的参考价值。     

Extinction efficiencies of mixed aerosols measured by aerosol cavity ring down spectrometry

A cavity ring down spectroscopy instrument was introduced and designed for measuring extinction efficiencies of pure and mixing aerosols in this paper.Through averaging 500 individual waveforms,the minimal detectable aerosol extinction coefficient of 8.4 × 10-7 m-1 was achieved.By the test results using the NaCl particles,we concluded that this system could measure the extinction efficiencies of an aerosol with an uncertainty less than 3% under laboratory controlled experimental conditions.The refractive indices of different aerosols were retrieved through comparing the measured extinction efficiencies of each aerosol type with which predicted by Mie theory.Aerosols composed of ammonium sulphate and succinic acid with different weight ratios were used to create a model of mixed aerosols using these two materials,whose extinction efficiencies and complex refractive indices were derived.The refractive indices of the mixed aerosols were also calculated by various optical mixing rules.We found that all the molar refraction/absorption mixing rule,the volume ratio linear rule,and Maxwell-Garnett rule did provide comparable results,of which the volume ratio linear rule gave a slightly worse fit than the others.     

Optical nonlinearity and ultrafast dynamics of ion exchanged silver nanoparticles embedded in soda-lime silicate glass

Ag nanoparticles embedded in soda-lime silicate glass were fabricated by ion-exchange and subse-quently annealing method. Z-scan technique, femtosecond time-resolved optical Kerr effect （OKE） technique and femtosecond pump-probe experiment were used to investigate the effects of laser wavelength and laser pulse duration as well as annealing temperature on the third-order optical nonlinearity and ultrafast dynamics of the composites. It was found that the third-order susceptibility of Ag nanoparticles composite glass measured by 400 nm pulse source is larger than that measured by 800 nm pulse source due to an enhancement effect of local field near surface plasmon resonance of Ag nanoparticles in silicate glass. The third-order optical nonlinearity measured by ns laser source is about two orders of magnitude larger than that measured from fs pulse. The annealing temperature has an important effect on the third-order optical nonlinearity and ultrafast dynamics of the composites. Third-order nonlinear susceptibility up to 10^-l0 esu and fast relaxation process up to 0.2 ps have been obtained in Ag nanoparticles doped glass.     

金属—绝缘体复合材料介电增强的研究

研究了金属与绝缘体复合材料介电增强规律，对有效集结模型进行了修正，在相对真空的前提下，研究了金属与绝缘体复合材料介电常数随着掺入体积比的变化规律，其修正的公式也表现了与Ｄｏｙｌｅ－Ｊａｃｏｂｓ公式同样的非线性，并与Ａｇ／ＬＤＰＥ复合材料实验以及其它几个实验数据进行了比较，理论与实验也吻合得较好。     

Enhanced performance of nano-sized SiC reinforced Al metal matrix nanocomposites synthesized through microwave sintering and hot extrusion techniques

In the present study, nano-sized SiC (0, 0.3, 0.5, 1.0 and 1.5 vol%) reinforced aluminum (Al) metal matrix composites were fabricated by microwave sintering and hot extrusion techniques. The structural (XRD, SEM), mechanical (nanoindentation, compression, tensile) and thermal properties (co-efficient of thermal expansion- CTE) of the developed Al-SiC nanocomposites were studied. The SEM/EDS mapping images show a homogeneous distribution of SiC nanoparticles into the Al matrix. A significant increase in the strength (compressive and tensile) of the Al-SiC nanocomposites with the addition of SiC content is observed. However, it is noticed that the ductility of Al-SiC nanocomposites decreases with increasing volume fraction of SiC. The thermal analysis indicates that CTE of Al-SiC nanocomposites decreases with the progressive addition of hard SiC nanoparticles. Overall, hot extruded Al 1.5 vol% SiC nanocomposites exhibited the best mechanical and thermal performance as compared to the other developed Al-SiC nanocomposites.     

银/聚吡咯纳米复合材料的制备与结构表征

以硝酸银和吡咯为原料,采用一步法制备Ag/PPy纳米复合材料,考察了单体用量、原料配比等因素对制备纳米复合微球的影响,运用扫描电镜(SEM)、紫外分光光度计(UV)、红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射(XRD)等手段对纳米微球进行了表征。结果表明:银/聚吡咯纳米复合粒子具有棒状结构,聚吡咯对银纳米粒子进行了包覆;复合粒子圆球头部的平均直径为300~500 nm,银纳米粒子在复合微粒中呈面心立方的晶体结构;制备纳米复合粒子时,吡咯与硝酸银较适宜的物质的量比为0.9∶1。     

纳米半球壳结构光学调谐特性分析

利用离散偶极近似法,理论研究了颗粒几何结构参数和物理特性对金纳米半球壳颗粒消光特性的影响.结果表明,随着壳层厚度的增大,消光共振波长先发生蓝移而后再红移,共振波长转向时对应的壳层厚度随内核材料及外界环境介电常数和颗粒间距的增大而增大.利用等离激元杂化理论和相位延迟效应对该现象进行了解释.     

外混合微粒的消光效率因子的特征及一种简单近似

基于M ie散射理论,在已有的单微粒消光效率因子(EEF)的基础上,建立了由不同尺寸、不同折射率微粒外混合的多微粒系EEF的计算方法,并就其特征进行了分析.计算表明:外混合微粒的EEF随粒度变化总是先快速增加,然后整体减小并趋向于定值;随着分布宽度或折射率虚部的增加,消光曲线的震荡逐步减弱直至消失,这样EEF将更易确定,而随着折射率实部的增加,其极大值位置或震荡特征向着粒度减小的方向移动.研究表明,对强吸收或宽分布的微粒及其混合体,消光曲线不会震荡,且在粒度达到一定值后,曲线几乎重合并随粒度缓慢下降而最终趋于定值.对此,提出了一种简单而实用的近似式,该式与理论值的平均和最大相对误差分别不超过1.0%和2.0%,说明了该近似公式的准确性.由于在实际工程及应用中,往往面对的是外混合的多微粒系,因此本研究具有较强的实际指导价值.