与光学数据存储有关的非线性光学晶体的研究和关键问题

蓝光激光源和全息存储预示着未来光学数据存储记录密度的实现。倍频晶体和光折变晶体因基独特的光功能将在光存储领域中起重要作用。     

基于等离子体X射线多通道弯晶谱仪的设计与研究

为诊断0.165～0.775 nm和0.014～0.165 nm范围的软硬X射线,研制了一台多通道(四个反射通道和一个透射通道)柱面晶体谱仪.利用光电检测单元获得了由Qz、LiF和Ge制成的多种不同晶体取向弯晶衍射等离子X射线谱相.谱仪采用离线标定和在线复位技术,可降低由于光源不准引起的光谱偏差,已应用在激光装置的诊断实验上,达到了惯性约束核聚变(ICF)实验要求.     

基于Fe掺杂rGO/ZnSnO_3气体传感器的构建及对甲醛气敏性能优化的作用机理

甲醛是主要的室内污染气体,严重危害人的身体健康. ZnSnO_3是一种气敏性能优良的三元金属氧化物材料,我们尝试采用还原氧化石墨烯(rGO)复合和Fe掺杂来优化其气敏性能,通过水热法制备了Fe掺杂rGO/ZnSnO_3复合材料.采用X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱、X射线光电子能谱、扫描/透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、荧光光谱及电子自旋共振等表征手段对材料的形貌结构、化学组成、缺陷能级等进行分析,并以室内污染气体甲醛为目标气体对其灵敏度、响应恢复时间、工作温度、选择性、稳定性及湿度影响进行了系统研究.结果表明,复合rGO提高了材料的比表面积、电子迁移率; rGO与ZnSnO_3形成了p-n异质结,引起电阻的剧烈变化,降低了最佳工作温度,提高了ZnSnO_3灵敏度; Fe掺杂增加了ZnSnO_3中的氧空位缺陷,促进了ZnSnO_3表面德拜电子耗尽层的形成,进一步优化了ZnSnO_3的气敏性能.本文为ZnSnO_3气敏性能的优化提供了技术支持和理论依据.     

β—PbF2：Gd晶体常温下闪烁性能的探索

用Bridgeman Stockbarger法生长出了掺Gd质量分数为 0 1 5 %的立方氟化铅 ( β PbF2 :Gd)晶体 .将其切割、抛光制成 2 0mm× 2 0mm的试样 ,分别用13 7Cs和AGS上强度为 1GeV的束流为激发源 ,测量了该晶体的光输出和衰减时间 .结果表明β PbF2 :Gd晶体在常温下能够产生微弱的闪烁光 ,光输出约为 6光电子 /MeV ,而且大部分光输出都是在时间门宽 <30ns的范围内测到的 ,在 1 μs范围内没有发现慢分量 .X射线激发下的发射光谱表明 ,β PbF2 :Gd晶体的 2 77和 31 2nm发光峰分别对应于Gd3 +离子的6IJ→8S7/2 和6PJ→8S7/2 能级跃迁 .     

白光LED用红色荧光粉LiEu_(1-x)Y_x(WO_4)_(0.5)(MoO_4)_(1.5)的制备及其发光性能研究

以WO3,MoO3,Eu2O3,Li2CO3,Y2O3为原料,采用传统的高温固相反应方法制备了一种新的白光LED用红色荧光粉LiEu1-xYx(WO4)0.5(MoO4)1.5(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.8)系列,利用XRD和荧光光谱仪等对其进行了研究.结果表明这系列荧光粉可以被近紫外光(396nm)和蓝光(466nm)有效激发,发射峰值位于615nm(Eu3+离子的5D0→7F2跃迁)的红光,并且证明了Eu3+离子在晶体结构中占据了非反演对称中心的位置;激发波长与目前广泛使用的蓝光和紫外光LED芯片相符合,因此该系列荧光粉可以用作近紫外辐射的InGaN管芯激发三基色荧光粉系统或者是用来补充蓝光芯片激发的黄色荧光粉系统缺少的红色部分.详细研究了各种助熔剂对该体系荧光粉发光特性的影响.XRD的测量结果表明加入适量的助熔剂有利于LiEu1-xYx(WO4)0.5(MoO4)1.5荧光粉的结晶化,并且不引入杂相.适量的助熔剂的加入可增大该系列荧光粉的相对发光强度,并能有效降低荧光粉的平均粒径.     

Mn~(4+)掺杂氟化物窄带发射红色荧光粉的研究进展

白光发光二极管(light emitting diode,LED)由于其具有节能、环保、使用寿命长等优点被誉为新一代固体光源,在照明、显示等领域具有十分广阔的应用前景.目前,商业化的白光LED主要由蓝光LED芯片与黄色荧光粉Y_3Al_5O_(12):Ce~(3+)(YAG:Ce~(3+))组合而成.然而,荧光粉YAG:Ce~(3+)光谱中红光成分不足导致当前白光LED的显色指数偏低(CRI,Ra80)、色温偏高(CCT4000 K),难以满足室内照明以及宽色域液晶显示(LCD)背光源等应用的要求.在蓝光芯片+黄色荧光粉组合中添加适量红色荧光粉是改善白光LED光色性能的有效方法之一.近年来Mn~(4+)掺杂氟化物窄带发射的红色荧光粉因其具有发光效率高、热稳定性好、色纯度高以及可以液相合成等突出优点受到了广泛关注,且其谱峰比商用氮化物红色荧光粉更窄,在宽色域液晶显示背光源应用中有广阔的商业前景.本文概述了Mn4+掺杂氟化物窄带发射红色荧光粉的最新研究进展,特别是对其结构特性、合成工艺、发光特性及应用特性等加以剖析,指出了当前Mn~(4+)掺杂氟化物红色荧光粉所面临的挑战,并对其未来的发展及应用进行了展望.     

2.5～5.0μm波段中红外激光晶体的生长和性能研究

中红外激光在大气污染监控、气体流量监测、海洋探测、激光医疗、军事对抗、基础科学研究等方面具有极其重要的价值.本文总结了近年来2.5~5.0μm波段中红外激光晶体的生长、物化、光谱及激光性能研究进展.采用提拉法生长出了一系列Er~(3+)激活及稀土离子共掺的低声子能镓酸盐、铝酸盐晶体,如Gd_3Ga_5O_(12)(GGG),SrGdGa_3O_7,SrLaGa_3O_7,CaYAlO_4和CaGdAlO_4等晶体,Ho~(3+)激活及敏化离子共掺的GGG晶体,以及Dy~(3+):YAlO_3等晶体,实现了2.5~3.4μm波段的发光.采用坩埚下降法生长出高质量Dy~(3+):KPb2Cl5,Cr~(2+):CdSe,Cr~(2+):Fe~(2+):CdSe等晶体,实现了2.5~5.0μm波段的发光.系统地研究了这些晶体的物化和光谱性能.重点研究了Er~(3+)激活离子在中红外波段的荧光动力学:分析了激活离子的浓度效应、共掺敏化离子的敏化机制以及退激活离子在抑制自终态效应方面所起的作用,计算了激活离子与共掺敏化离子、激活离子与共掺退激活离子之间的能量传递效率,诠释了能量传递机制.根据光谱性能研究结果,筛选出不同晶体中Er~(3+)的最佳掺杂浓度、共掺敏化离子及退激活离子的种类和浓度.研究了Er~(3+)激活的GGG和CaYAlO_4等晶体的激光性能.采用965nmLD端面泵浦Er:GGG,Er,Pr:GGG和Er:GGG/GGG键合晶体,采用氙灯泵浦Cr,Er:YSGG等晶体,均实现了高效的2.7~2.8μm多波长连续或脉冲激光输出,并在Er:GGG晶体上首次实现单纵模微片激光输出.     

啁啾飞秒激光脉冲在ZK7玻璃中成丝传输的物理特性

采用具有不同初始负啁啾量的飞秒激光脉冲, 研究了其在ZK7玻璃中非线性成丝传输的物理特性. 实验表明激光成丝的阈值功率随着脉冲初始啁啾量的增大而升高, 但啁啾导致的光学细丝长度将逐渐变长. 通过光丝超连续谱的测量与分析, 发现了啁啾激光成丝过程中等离子体的非线性作用随着初始啁啾量的增大而减弱, 并在较长空间距离内形成了非电离特性占主导的光学成丝的新现象. 另外, 实验观察到了啁啾脉冲激光成丝过程中的多光丝干涉图像, 理论分析和讨论了非电离光学成丝的物理机制. 这些研究结果表明初始啁啾量对于超短激光脉冲成丝过程将起到至关重要的作用.     

Pr/Nb共掺Bi_4Ti_3O_(12)铋层状陶瓷的光致发光与电性能研究

Bi_4Ti_3O_(12)是一种兼具有高居里温度和高电阻率的铋层状结构压电材料.本文利用Pr~(3+),Nb~(5+)分别对其A位Bi~(3+)和B位Ti~(4+)进行掺杂改性,采用传统固相法制备了Bi_(4-x)Pr_xTi_(2.92)Nb_(0.08)O_(12)(BITN-xPr,0≤x≤0.1)陶瓷,通过控制Nb~(5+)离子的量不变,调节Pr~(3+)离子的浓度来研究不同稀土离子掺杂量对Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷的结构形貌、光致发光、介电以及铁电压电性能的影响.经X射线衍射(XRD)测试表明所有样品都具有单一正交相结构,且扫描电子显微镜(SEM)显示陶瓷具有层状形貌特征,拉曼光谱表明Pr~(3+)离子取代钙钛矿层的A位Bi~(3+)离子,导致TiO6八面体发生扭曲.通过蓝光和紫外激光对Bi_(4-x)Pr_xTi_(2.92)Nb_(0.08)O_(12)陶瓷进行激发,可获得红色发光,使其有望作为红色荧光粉应用于蓝色基的白光LED照明.随着Pr浓度的增加,红色发光强度呈现出先增强后减弱的规律,居里温度表现出小幅度下降;另外,陶瓷的压电铁电性能均得到一定程度的改善,以上结果表明Bi_(4-x)Pr_xTi_(2.92)Nb_(0.08)O_(12)陶瓷是一种兼具铁电压电以及光致发光性能的多功能材料.     

掺铒波导环形腔激光器特性研究

根据掺铒波导光放大理论和耦合器传输矩阵,建立了描述掺铒波导环形腔激光器的理论模型,在此基础上分析了环形腔弯曲半径、耦合器耦合系数和掺铒离子浓度等因素对泵浦阈值和激射光输出特性的影响.结果表明由于受到波导弯曲损耗和其他机制损耗的共同作用,存在一优化弯曲半径使得波导环形腔激光器在较低阈值泵浦功率下实现较高的斜率效率;激射光输出耦合器作为激光谐振腔损耗的一部分,其耦合系数的大小影响到激光器的特性,在耦合系数为0.2附近处可获得较高的激射光输出功率;铒离子掺杂浓度在0.85×1026m？3时具有最低的阈值泵浦功率,在不引起明显上转换效应的条件下,适当的增加铒离子浓度可以提高激射光波的输出功率.研究结果为掺铒波导环形腔激光器的设计和制作提供了理论依据.     

白光LED用红色荧光粉LiEu1-xYx（WO4）0.5（MoO4）1.5的制备及其发光性能研究

以WO3,MoO3,Eu2O3,Li2CO3,Y2O3为原料,采用传统的高温固相反应方法制备了一种新的白光LED用红色荧光粉LiEu1-xYx（WO4）0.5（MoO4）1.5（x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.8）系列,利用XRD和荧光光谱仪等对其进行了研究.结果表明这系列荧光粉可以被近紫外光（396nm）和蓝光（466nm）有效激发,发射峰值位于615nm（Eu3＋离子的5D0→7F2跃迁）的红光,并且证明了Eu3＋离子在晶体结构中占据了非反演对称中心的位置;激发波长与目前广泛使用的蓝光和紫外光LED芯片相符合,因此该系列荧光粉可以用作近紫外辐射的InGaN管芯激发三基色荧光粉系统或者是用来补充蓝光芯片激发的黄色荧光粉系统缺少的红色部分.详细研究了各种助熔剂对该体系荧光粉发光特性的影响.XRD的测量结果表明加入适量的助熔剂有利于LiEu1-xYx（WO4）0.5（MoO4）1.5荧光粉的结晶化,并且不引入杂相.适量的助熔剂的加入可增大该系列荧光粉的相对发光强度,并能有效降低荧光粉的平均粒径.     

三元体系Mg2+//Cl-,borate-H2O在308.15K时稳定相平衡研究

采用等温溶解法研究了三元体系Mg2+//C1-,borate-H20在308.15 K时的稳定相平衡;测定了上述体系液相中各组份的平衡溶解度及物化性质(密度和pH),根据实验数据绘制了相应相图和物化性质组成图.该体系在308.15 K时有1个共饱点(水氯镁石+镁硼酸盐)、2条饱和溶解度曲线和2个结晶相区,无复盐及固溶体...     

Sn/In/Ti纳米复合氧化物对可燃和有毒气体敏感特性研究

采用可控溶胶-共沉淀法合成了二元Sn／In和三元Sn／In／Ti纳米复合氧化物作为半导体CO，NO2和CH4传感器的敏感材料．通过优化可控制备参数研制出化学均一、高热稳定的纳米晶体复合氧化物．利用各种分析方法表征了纳米粉体的物性和结构，并对CO，CH4和NO2的气敏特性进行了考察．实验结果表明，所研制的二元纳米气敏材料对CO有高灵敏度和选择性，引入适量TiO2提高了对CH4的灵敏度和选择性，经少量金属元素掺杂和氧化物添加后气敏性质有大幅度提高．研究了复合物组成，先驱物焙烧温度及气敏操作温度和待测气体浓度对灵敏度的影响．其优化条件为金属盐总浓度0．05mol／L，金属阳离子比Sn^4＋：In^3＋为40％（摩尔分数）的纳米复合物在600℃时焙烧6h，则在150℃～250℃之间对CO和NO2有较高灵敏度，在气敏条件下以程序升温吸脱附实验研究了复合物表面的吸脱附行为，X射线光电子能谱分析证实复合物组分间存在着电子和化学的协同效应，气敏机理为表面吸附控制型．     

两步法生长氮化铝中缓冲层和外延层工艺研究

研究了利用有机化学气相沉积外延方法在c面宝石（α-A1203）衬底上两步法外延生长的氮化铝薄膜．缓冲层采用氮化铝成核层．原位反射谱表明氮化铝成核过程有别于氮化镓缓冲层成核,在优化的条件下显示出单一晶面取向．同时,X射线衍射分析表明氮化铝初始成核过程中,缓冲层存在着压应变;随着成核时间的增加及退火,压应变逐渐得到驰豫．结合透射光谱分析发现,在外廷层的生长过程中,较高的的Ⅴ/Ⅲ比能够提高氮化铝薄膜的晶体质量,但是生长速率下降,可能是由于三甲基铝与氨气的寄生反应加剧造成的;另外,对氮化铝外延层进行适度的Si掺杂能够在一定程度上改善薄膜表面形貌．     

H2/O2/Ar可燃气体激光诱导火花点火的实验研究

对H₂/O₂/Ar可燃气体激光诱导火花点火进行了实验研究. 采用Nd:YAG激光器产生的 532 nm激光聚焦击穿气体点火, 并采用激光高速纹影系统对不同初压、激光点火能量、氩稀释度可燃气体点火的火焰结构进行了流场显示. 结果表明, 气体击穿形成椭球形等离子体, 稀疏波与等离子体作用, 在等离子体迎光侧和背光侧分别形成一对反旋的螺旋环, 导致等离子体和随后的火焰面向内弯缺, 在等离子体左侧激光轴附近形成一个向外凸出的气瓣. 等离子体的高温气体诱导火花核的形成, 受壁面反射弱激波或压缩波的作用, 初始层流火焰减速. 弧形火焰阵面与壁面的作用及其与激波或压缩波、稀疏波等作用, 导致层流火焰向湍流火焰转捩. 对摩尔比为2:1:10、初压为53.33 kPa, 激光诱导火花点火的激光器最小输出能量为 15 mJ. 随预混气初压的升高, 激光点火能量越高, 降低氩稀释度, 会加快火焰阵面传播速度.     

Au／PZT／BIT/p-Si结构铁电存储二极管存储特性

采用脉冲激光沉积方法(PLD)制备了Au/PZT／BIT／p-Si结构铁电存储二极管.对其铁电性能和存储特性进行了实验研究.铁电性能测试显示较饱和的、不对称的电滞回线,其剩余极化和矫顽场分别约为15 μC／cm^２和48 kV／cm; 10^９次开关极化后剩余极化和矫顽场分别仅下降10%和增加12%;观察到源于铁电极化的CV和IＶ特性回线;电流密度+4 V电压下为6.7×10^-8 A／cm²; 在+2 V的读电压下,读“1”和读“0”电流有0.05 μA的明显差别;保持时间达30 min以上.     

用于光通信与互连、集成差分光电探测器的标准CMOS全差分跨阻放大器

基于标准CMOS技术,提出和研究了一种用于光通信与光互连、集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器(TIA).为实现全差分特性,提出了一种新型全差分光电探测器,其作用是将入射光信号转换成一对全差分光生电流信号,并保证电路结构和模型的全差分对称性.理论分析和仿真结果均表明:与常规的、集成光电探测器的差分跨阻放大器相比,该全差分跨阻放大器的带宽更高,灵敏度也同时被提高一倍.基于该集成差分光电探测器的全差分跨阻放大器,采用特许3.3V,0.35μm标准CMOS工艺设计和制造了一种单片全差分光电集成接收机.其跨阻增益为98.75dBΩ,从1Hz至-3dB频率点间的等效输入积分噪声电流为0.334μA.该光接收机采用了单一的3.3V电源;跨阻放大器与限幅放大器的总功耗为100mW;50Ω输出缓冲器的功耗为138mW.对于850nm的入射光、-12.2dBm的峰峰光功率和231–1位伪随机二进制序列输入信号,该光接收机达到了1.1GHz的3dB带宽和1.6Gbit/s的数据率.     

新型SINP硅蓝紫光电池的研究

本研究中,采用以下主要步骤:先在p-型Si的绒面上,进行磷扩散形成同质p-n结,再低温热氧化生长超薄SiO2层,然后利用射频磁控溅射沉积ITO减反射/收集电极膜,成功制备了一种新型ITO/SiO2/np晶硅SINP结构蓝紫光电池.通过X-光衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光透射谱(UV-VIS),以及霍尔效应(Halleffect)测量方法,表征了高质量ITO薄膜的微结构、光学与电学特性.并重点对SINP结构光电池的光谱响应和I-V特性,进行了详细地计算和分析.结果表明,具有蓝紫光以及其它可见光波段的光谱响应和光电转换的增强效果,是该器件的主要特征.其较高的短路电流密度,适合于发展成为新型结构的硅基太阳能电池.     

稀土Ho3＋/Yb3＋共掺SrBi4Ti4O15高温铁电陶瓷的上转换发光及其温度传感特性

Sr Bi4Ti4O15是一种具有高居里温度（Tc）、高机械品质因数和大电阻率的铋层状结构铁电、压电多功能材料,通过掺入稀土离子的手段,可使其具有上转换发光的特性,并且可以在一定程度上改善其电学性能.在本文中,同时将Ho3＋和Yb3＋对A位的Bi进行取代,其中Ho3＋的取代量为0.06 mol-1,Yb3＋的取代范围为0≤x≤0.3,采用传统的固相烧结法制备了Sr Bi3.94-xHo0.06YbxTi4O15陶瓷.主要通过控制Ho3＋离子的量不变,调节Yb3＋离子的浓度来研究不同稀土离子掺杂量对Sr Bi4Ti4O15陶瓷的形貌、上转换发光特性、以及介电性能的影响.在使用980 nm的红外激光器对Sr Bi3.94-xHo0.06YbxTi4O15陶瓷进行激发下,从上转换发光图谱中可以观察到三个峰,分别为峰位在547 nm附近较强的绿色发光、659附近以及759 nm处的较弱的红色发光.同时可以看到,随着Yb3＋浓度的增加,绿色上转换发光的强度表现出先增强,后减弱的规律,且当Yb3＋取代量为x=0.15时,绿色上转换发光强度达到最大值.通过研究上转换发光强度与激发光功率的关系得到,绿色和红色上转换发光均为双光子吸收过程.在研究Sr Bi3.79Ho0.06Yb0.15Ti4O15样品上转换发光与温度的关系时,可以观测到随着温度的增加,547 nm处的绿色上转换发光和659 nm处的红色上转换发光的强度均随之减弱,且I659 nm与I547 nm的荧光强度比与温度存在线性关系,利用这种温度与上转换发光强度的关系,可将Sr Bi3.94-xHo0.06YbxTi4O15陶瓷应用于光学温度传感器.     

La和Nd掺杂的硅基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶(Sol-gel)技术,同一工艺条件下在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)和Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜(SEM)的观测显示了这些薄膜具有50~100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌.利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线.在最大外加场强为400kV/cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别为25.1μC/cm2,203kV/cm和44.2μC/cm2,296kV/cm.疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1.75×1010次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性.分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理.