体位相全息透射光栅的设计和应用

运用重铬酸盐明胶(DCG)制作的体位相全息透射光栅可在宽谱带范围内获得高衍射效率,与表面浮雕型光栅相比,它使后续光学系统的光通量大为提高.因此,此类光栅在天文光谱仪中具有广泛的应用.本文从Kogelnik的标量耦合波理论出发,设计在400nm到800nm波段范围内可获得高衍射效率且具有偏振无关性能的体位相全息透射光栅.     

含有谐衍射元件的红外双波段减热差系统设计

首次将谐衍射透镜成功地引入红外双波段系统的减热差设计中, 系统只使用硅和锗两种材料, 三片透镜, 此系统不仅能在较大视场内得到接近衍射极限的成像质量, 而且在- 70℃到100℃温度范围内, 使系统在两个波段内同时较好地完成了校正系统的轴向像差, 波前差均小于1/4波长, 光学传递函数接近衍射极限. 设计结果表明, 谐衍射透镜的光谱特性介于折射透镜与衍射透镜之间, 恰当的选择谐衍射透镜的厚度和中心波长, 能够设计出简单实用的双波段减热差系统. 同传统的折射系统相比, 降低了对工艺水平的要求, 成本大大降低, 使设计结构紧凑, 片数少, 透射比高, 具有良好的消像差和减热差特性.为红外光学设计提供了一种全新的器件.     

KTP同型取代晶体的结构与性能关系

磷酸钛氧钾(KTiOPO_4,KTP)晶体是一种性能优良的非线性光学材料,它具有大的非线性光学系数与电光系数、宽的透光波段、能在较宽的温度范围内实现I,II类位相匹配、高的激光损伤阈值、热稳定性优良、能量转换效率高等优点,正因为它具有这些优良性能,从而促成了KTP晶体广泛地应用于激光倍频、和频和差频、光参量振荡与放大以及电光调制、Q开关和声光调制等技术范畴.KTP晶体通过离子交换处理,成为电光、倍频波导等集成光学的重要材料,另外,KTP薄膜材料发展很快,大有希望成为21世纪有发展前途的光子器件材料,这些优良的非线性光学性能以及其多功能用途,主要渊源于KTP晶体结构的多样性与敏感性,KTP晶体结构模型,如图1所示KTP晶体的点群为C_(2v)-mm2,空间群为C_(2v)~9-Pna2_1,晶胞参数:a=1.2823nm,b=0.6416nm,c=1.0589nm,     

高温超导连续通带双工器的研制

在以LaAlO₃为衬底的钇系高温超导薄膜YBCO基片上, 采用并联两个单终端低通原型带通滤波器构成部分互补的滤波器的方式, 设计并制作一个四极高温超导连续通带双工器, 通带工作频率分别为3~3.5 GHz和3.5~4 GHz. 与常规金属材料制作的双工器相比, 体积减少四分之三, 插入损耗减少2 dB. 在液氮温区77 K时, 高温超导双工器的测试结果为: 通带内插入损耗小于0.8 dB, 通带间带外抑制大于30 dB@通带中心频率. 为近一步研制高温超导多工器提供了很好的借鉴, 对将来高温超导信道化接收机系统的研究和设计具有重要的意义.     

C波段单泵浦光子晶体光纤拉曼放大器

为了克服传统光纤的拉曼增益效率系数低, 而且极不平坦给光纤拉曼放大器设计带来的复杂性和制造成本的提高, 本文提出了一种新型双芯光子晶体光纤, 通过对该光子晶体光纤横截面结构的合理设计, 可使该光子晶体光纤在一定的波长范围内具有比传统光纤更高和更平坦的拉曼增益效率系数谱. 利用该光子晶体光纤设计了一个波长范围在1530~1565 nm的C波段拉曼放大器, 数值计算结果表明, 仅用一个泵浦的情况下, 该光子晶体光纤拉曼放大器的平均增益可达8.7 dB, 且增益波动小于0.9 dB, 比标准单模光纤构成的拉曼放大器性能有非常大的提高.     

表面等离子体超衍射光学光刻

由于光波衍射特性,传统光学光刻面临分辨力衍射极限限制,成为传统光学光刻技术发展的原理性障碍.表面等离子体(surface plasmon,SP)是束缚在金属介质界面上的自由电子密度波,具有突破衍射极限传输、汇聚和成像的独特性能.近年来,通过研究和利用SP超衍射光学特性,科研人员提出和建立了基于SP的纳米干涉光刻、成像光刻、直写光刻等方法,在紫外光源和单次曝光条件下,获得了突破衍射极限的光学光刻分辨力.目前,基于SP成像结构,实验中获得了22 nm(~1/17波长)最高SP成像光刻线宽分辨力水平.SP将为发展高分辨、低成本、高效、大面积纳米光学光刻技术提供重要方法和技术途径.本文系统综述了SP光学光刻技术研究发展情况,总结和分析了技术发展现状、存在问题,并对其发展趋势和前景进行了展望.     

高温超导小型化多曲折线滤波器研制

在10mm × 20 mm的 YBCO/LAO/YBCO双面超导薄膜上设计并制作了具有全新电路结构的 5级高温超导（HTSC）小型化微带多曲折线滤波器,在77 K时测得其中心频率为 1.2 GHz,带宽 50 MHz,通带内最小插损0.12dB,此种结构的高温超导滤波器在移动通讯和卫星通讯领域将具有广泛的应用前景.     

半球结构亚波长光栅抗反射性质的研究

利用多台阶圆柱结构近似与严格的耦合波理论研究了化学方法制作出来的新型的半球结构的亚波长光栅的光学性质, 此光栅制作技术简化了可见光波段光栅的制作工艺. 通过计算机模拟与数值计算, 证明了半球结构亚波长光栅具有良好的抗反射性能. 给出了两种光栅设计方案. 第1种方案下, 光栅能够达到3.4416×10^-7的低反射率, 适用波段为0.46~0.7 μm, 入射角变化范围为±12°; 第2种方案下, 光栅的适用范围较广, 适用波段为整个可见光波段, 入射角变化范围为±23°, 所能达到的最低反射率为3.112×10^-4.     

基于皮胶原纤维的雷达吸波材料

将皮胶原纤维(CF)与水杨醛反应获得具有席夫碱结构的胶原纤维(Sa-CF), 再进一步与 Fe³⁺配位结合后制备了基于胶原纤维的雷达吸波材料(Fe-Sa-CF). 采用同轴线传输/反射法和雷达波散射截面(RCS)法测定了在频率为1.0~18.0 GHz范围内的电磁参数和雷达吸波特性. 研究表明, CF的电导率为1.08×10⁻¹¹ S/cm, 而经化学修饰得到的Fe-Sa-CF的电导率提高到2.86×10⁻⁶ S/cm; 同时, 在频率为1.0~18.0 GHz范围内其介电损耗角正切(tan?)也提高, 因此, Fe-Sa-CF为电损耗型吸波材料. Sa-CF(厚度 1.0 mm)在3.0~18.0 GHz范围具有一定的吸波性能, 对雷达波的最大反射损失(RL)为−4.37 dB; Fe-Sa-CF的吸收频带加宽, 在1.0~18.0 GHz范围内均表现出较好的雷达吸波性能, RL最高值为?9.23 dB. 随着Fe-Sa-CF厚度的增加, 对雷达波吸收强度进一步提高, 当厚度为2.0 mm时, 对频率在7.0~18.0 GHz之间的雷达波的RL值达到−15.0~−18.0 dB. 因此, 皮胶原纤维经过化学修饰后可以制成具有厚度薄、密度小、质量轻、吸波频带宽、吸波强度高的新型雷达吸波材料.     

Fe_3O_4纳米纺锤体复合材料的制备及其高性能微波吸收

采用两步化学法合成纺锤体状Fe_3O_4纳米材料,研究了其微波电磁性能.由于较强的磁形状各向异性,Fe_3O_4纳米纺锤体比Fe_3O_4纳米颗粒材料呈现出更高的自然共振频率(4.5 GHz).自然共振频率的蓝移导致了Fe_3O_4纳米纺锤体在2~18 GHz雷达波段内具有更高的磁损耗,从而表现出优异的吸波性能.Fe_3O_4纳米纺锤体复合材料可以达到3.54 GHz吸波带宽,最小反射率为-41 dB,而且在1.5 mm厚度以上均能够实现微波强吸收,具有很好的阻抗匹配特性.通过双层结构设计,Fe_3O_4纳米纺锤体复合材料可以在2.8~17.0 GHz范围内实现宽带微波吸收.     

人耳曲面对电磁波的异常吸收-散射效应

人耳是一种非规则自然曲面, 该结构对于人体接收可听声波是最优的[1], 但是它对电磁波的作用目前尚不清楚. 为此, 我们对人耳模型进行了不同频率下的特性测量, 发现不同尺寸的模型存在两个特征频率 fl 和 fs, 对于频率 f = 2nξ(fl~fs)范围的电磁波, 曲面具有良好的吸收作用; 对于其它频率范围的电磁波, 曲面有很强的散射作用. 这一异常现象提示: 人耳曲面可作为特定频率的无线通信天线, 也可作为飞行器对雷达信号隐身的外形设计. 为了探索人耳的外形结构对电磁波的作用, 我们按比例制作了两副大小不同的人耳模型. 图1 是模型的正面照片, …     

基于长周期波导光栅的宽范围电光调谐滤波器

设计了一种基于长周期波导光栅的电光调谐滤波器, 它具有偏振无关性. 理论分析表明, 调谐电压在?84 ~ 84 V之间, 波长调谐范围从1530 ~ 1565 nm, 覆盖了整个C波段; 在整个调谐范围内, 准TE模的耦合效率都在97%以上, 3 dB带宽小于0.8 nm, 波长对电压敏感性为0.208 nm/V. 此滤波器在WDM动态光网络有潜在的应用, 可以用作快速波长扫描/选择, 信道重构以及光学开关等用途.     

2, 6-二亚苄基环己酮液晶化合物的合成及性能研究

以苯甲醛、环己酮为原料, 四丁基溴化铵为相转移催化剂, 在氢氧化钠溶液中合成了具有液晶性质的化合物2,6-二亚苄基环己酮. 考察了反应时间、温度、碱浓度对产率的影响. 产品经红外光谱、核磁共振氢谱以及元素分析予以表征, 用差示扫描量热(DSC)、偏光显微镜和流变仪研究了其液晶行为, 证明为近晶相热致液晶. 对化合物晶体进行了X射线单晶衍射测定, 证实属于单斜晶系, 空间群P2(1)/c, a = 9.586(1) Å, b = 18.391(2) Å, c = 9.433(1) Å, α = 90°, β = 115.816(2)°, γ = 90°, Dc = 1.217 g·cm^-3, V = 1496.9(3) Å ^-3, Z = 4.     

日本菱刈金矿冰长石结构态

日本菱刈浅成热液冰长石-石英脉型金矿中冰长石呈细粒状, 富K(Or = 94.63), 与石英密切共生.采用X射线衍射、 红外光谱和核磁共振等方法对它进行了结构态研究, 结果表明, 该冰长石属高透长石并含三斜晶畴. Al的占位度2t1 = 0.60, 红外有序度θ = 0.15. 其 29Si核磁谱呈现为一具有3个分叉的宽峰, 相应化学位移为- 94.9 ×10-6, - 96.7 ×10-6和 - 99.9 ×10-6. 此种形式的天然透长石29Si核磁谱过去未见有报道. 27Al核磁谱为一向低频扩展的不对称峰, 峰值为58.7 × 10?6. 该冰长石是热液发生强烈沸腾时, 在快速变化的条件下, 从过饱和溶液中迅速结晶出来的产物.     

高温超导开口环小型化宽带滤波器

提出了一种小型化半波长开口环结构谐振器,研究了谐振器间的强电场耦合和强磁场耦合,在14.8mm×9.6mm的YBCO/LAO/YBCO双面超导薄膜上设计并制作了具有全新电路结构的6级高温超导(HTSC)开口环小型化微带线切比雪夫滤波器,在77K时测得其中心频率为2230MHz,带宽为455MHz,通带内最小插损为0.14dB.此种结构的高温超导滤波器在移动通信和卫星通讯领域将具有广泛的应用前景.     

掺铒氟硫磷酸盐高增益激光光纤

光纤激光器是大功率激光、空间激光通信、引力波探测、地球磁力探测等国家安全与科学前沿领域的迫切和重大需求.稀土离子掺杂的高增益玻璃光纤是光纤激光器的核心工作介质.氟硫磷酸盐（fluoro-sulfo-phosphate,FSP）激光玻璃具有稀土溶解度高、受激发射截面大、光学光谱性质优异等特点,是高增益激光光纤的潜在候选.本文从玻璃形成区、玻璃结构与性质关系、掺稀土玻璃发光与激光角度系统研究了Al F₃-R₂SO₄-RPO₃/Zn（PO₃）₂（R=Li、Na、K）系列新型FSP玻璃.结果表明,热力学方法有助于简便快速地确定玻璃形成区,为该类新型激光玻璃设计提供指导.通过固体核磁共振谱、拉曼光谱、差示扫描量热分析、耐久性实验等揭示了Zn（PO₃）₂能够提高FSP玻璃的结构聚合度和阴阳离子相互作用强度,从而增强玻璃的抗析晶稳定性和化学耐久性等,为大尺寸玻璃制备和光纤拉制奠定基础.Er³⁺/Yb     

酒石酸脲单晶生长与品质鉴定

研究具有给电子基团和接受电子基团的含共轭大丌键的有机化合物,例如MNA(间甲基对硝基苯胺)、NPP(对硝基苯脯胺醇)、MAP(甲基-2,4二硝基苯—氨基丙酸酯)等,是材料科学研究中的一个十分活跃的领域.为了探索新型紫外非线性光学晶体,必须避开含有苯环的有机化合物,而选择较小的有机分子合成新材料,在这方面我们已经做过一些工作。最近,我们从材料设计的角度对现有小分子有机材料进行分类,以脲和d(+)酒石酸为原料合成出了一类迄今未见报道的新型紫外非线性光学晶体。d(+)酒石酸脲(简称UT)是这些新发现材料中的一种,其他材料将另行报道。脲单晶本身是一种优良的紫外倍频材料,其紫外透过截止波段为0.2μm,d(+)酒石酸是一种具有对映异构体的分子,二者组合产生出没有对称心的UT单晶。经测定该晶体属正交晶系,空间群为P2_12_1;晶胞参数为a=1.72290(2)nm,b=0.98240(3)nm,c=0.50560(6)nm,Z=4,D_m=1.63g/cm~3。UT单晶的透光范围为0.255～1.37μm,其激光粉末倍频效率约为KDP的3倍。因此,UT晶体是一种有应用前景的紫外倍频晶体。     

金属/PS/n-Si结构光电转换效率的研究

在许多研究工作着重于多孔硅(PS)的发光机制和提高电致发光效率的同时,多孔硅接触结构问题也受到人们的关注,认为多孔硅众多的表面态导致多孔硅接触结构具有较大的内部串联电阻和较大的理想因子.在光电转换方面,金属/孔硅结构也表现出一些特别性质.本文报道采用电镀法制备的M/PS/n-Si结构的光伏效应,以及采用一种特别的设计大大提高M/PS/n-Si复合结构的光电转换效率.1 多孔硅的制备用来制备多孔硅的是单面抛光的(100)方向的n型单晶硅,电阻率约为8Ω·cm.首先在硅片未抛光面制备欧姆接触的铝膜.然后采用阳极氧化方法制备多孔硅 溶液配比为HF:H_2SO_4:酒精=4:2:4,电流密度为5mA/cm~2,阳极化时间为30min在制备过程中采用150w钨灯距硅片20cm处照射.     

飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用

激光加工技术作为重要的先进制造技术之一已广泛应用于众多的工业制造领域. 利用激光直写技术进行材料加工时, 其所能达到的加工分辨率一直受到经典光学理论衍射极限的限制, 难于进行纳米尺度的加工. 飞秒脉冲激光的出现不仅为研究光与物质相互作用的超快过程提供了手段, 也为发展先进的微纳米加工技术提供了不可多得的光源. 近年来, 作为最新的激光加工技术之一的飞秒脉冲激光多光子微纳加工技术已成为国际上研究的热点. 该技术利用多光子效应和激光与物质作用的阈值效应, 成功地实现了纳米尺度的激光直写加工分辨率, 可望在功能性微纳器件制备等纳米技术领域发挥重要作用, 具有广阔的应用前景. 在2001年日本科学家利用飞秒脉冲激光双光子聚合技术首次突破衍射极限获得120 nm的加工分辨率后, 最近我国科学家实现了15 nm线宽的纳米尺度加工分辨率. 在利用多光束并行加工技术进行快速、大批量微纳结构加工的同时, 最新发展的多光束组合技术实现了多部件组合加工、一次成型, 解决了微尺度零部件组装难题, 为微纳尺度器件及微机电系统的开发提供了具有实用化前景的加工方法与途径. 利用飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术的高精度、良好的空间分辨率和真三维加工能力的特点, 各国科学家制备出了各种微尺度光子学器件及微机电系统, 充分展示了该技术的应用前景. 随着对飞秒脉冲激光与物质相互作用机理、加工技术及相关材料技术的深入研究, 飞秒脉冲微纳加工技术必将获得快速发展, 并在先进纳米制造领域获得新的突破.     

基于磁性纳米流体的中温太阳能吸收与光热转换性能

纳米流体基直接式吸收器被认为是进一步提高太阳能热利用效率的重要替代方案,但针对具有较高能源品位的中温太阳能吸收与光热转化性能的研究却较少.为促进中温太阳能光热的规模化应用,本文提出一种较为实用的中温磁性纳米流体基直接式吸收器吸收体系的使用方法.首先,通过"两步法"制备一种导热油基Co@NC中温磁性纳米流体,并利用其优异的光学吸收性能,在大功率模拟太阳光照射下获得较高温度的流体;然后,基于磁分离技术将Co@NC纳米颗粒与导热油基液分离,获得具有较高温度的纯基液;再经过换热器热交换过程得到所需要的各种较高温液体,在5个太阳辐射下,纳米流体最高温度可达120.37°C.该方法实现了较高的光热转换效率,同时可有效解决因纳米流体的不稳定性而引发沉降的问题,为促进纳米流体在太阳能中温热利用中的新发展提供了一种方案.