掺碲硒化镓晶体的光学性能(英文)

采用水平区熔法生长了碲(Te)掺杂浓度(质量百分比)分别为0.05%,0.1%,0.5%,1%,2%的硒化镓(GaSe)晶体,并分别对掺杂浓度为0.01%,0.07%,0.38%,0.67%,2.07%的GaSe∶Te晶体的光学性能进行了表征。首次研究了GaSe∶Te晶体中刚性层声子模式的转换。吸收光谱测试结果表明:当Te掺杂浓度小于0.38%时,振动中心位于0.59 THz附近的E'(2)刚性模式吸收峰强度可达最大值,这一过程与GaSe∶Te晶体光学性能的提高密切相关。但Te掺杂浓度的进一步提高会导致E'(2)刚性模式吸收峰强度逐渐减弱,当Te掺杂浓度为1%时,E'(2)刚性模式吸收峰基本消失。这两个过程与GaSe∶Te晶体光学质量的下降密切相关。因此,E'(2)刚性模式吸收强度达到最高时对应的掺杂浓度即是GaSe∶Te晶体中Te的最佳掺杂浓度,光整流产生太赫兹过程证实了此结论的正确性。     

掺碲硒化镓晶体的光学性能

采用水平区熔法生长了碲（Te）掺杂浓度（质量百分比）分别为0.05%,0.1%,0.5%,1%,2%的硒化镓（GaSe）晶体,并分别对掺杂浓度为0.01%,0.07%,0.38%,0.67%,2.07%的GaSe∶Te晶体的光学性能进行了表征。首次研究了GaSe∶Te晶体中刚性层声子模式的转换。吸收光谱测试结果表明：当Te掺杂浓度小于0.38%时,振动中心位于0.59 THz附近的E＇（2）刚性模式吸收峰强度可达最大值,这一过程与GaSe∶Te晶体光学性能的提高密切相关。但Te掺杂浓度的进一步提高会导致E＇（2）刚性模式吸收峰强度逐渐减弱,当Te掺杂浓度为1%时,E＇（2）刚性模式吸收峰基本消失。这两个过程与GaSe∶Te晶体光学质量的下降密切相关。因此,E＇（2）刚性模式吸收强度达到最高时对应的掺杂浓度即是GaSe∶Te晶体中Te的最佳掺杂浓度,光整流产生太赫兹过程证实了此结论的正确性。     

Al、S和Te掺杂GaSe晶体的光学及倍频特性

对不同浓度Al、S和Te掺杂GaSe晶体的透过率和倍频特性进行了研究.结果表明,适宜浓度的掺杂晶体在透明波段内吸收系数约为α≤0.1~0.2cm-1,适于非线性应用.GaSe∶S晶体透过率曲线向短波方向移动,且更适于高浓度掺杂,而Al和Te掺杂晶体透明范围的波段截止波长向长波方向移动,且移动幅度小于S掺杂晶体,当掺杂浓度达到GaSe∶Al(0.5mass%)和GaSe∶Te(5mass%)时,晶体光学质量明显下降.通过fs Ti∶Sapphire激光和CO2激光泵浦下I类倍频实验发现,S掺杂晶体相位匹配曲线向短波方向移动,倍频输出功率比纯GaSe晶体有明显提高,最佳掺杂浓度为2mass%.Al和Te掺杂晶体相位匹配角与纯GaSe晶体相比没有明显变化,实验结果与理论曲线符合较好.利用非线性方法研究发现当掺杂浓度不超过5mass%时,GaSe∶Te晶体与纯GaSe同样属于六角形结构.三种掺杂方式最佳掺杂浓度分别为GaSe∶Al(0.1mass%),GaSe∶S(2mass%)和GaSe∶Te(0.5mass%),在CO2激光泵浦下,三者频率转换效率之比约为1∶0.6∶0.5.在所使用的晶体样本中,GaSe∶S(2mass%)晶体性能最佳,其频率转换效率可达纯GaSe晶体的3倍左右.     

MgF2单晶的THz光谱研究

利用THz时域光谱技术对MgF2晶体(样品1)和MgF2:Co晶体(样品2)在0.5-2.5THz的吸收特性进行了研究.在0.5-2.5 THz波段,样品1吸收系数α(ν)随频率ν增加而增大,最大值为24 cm-1.样品2的吸收系数比样品1大得多,Co掺杂使晶格吸收带边向低频移动,而且样品2在1.9THz有吸收峰,吸收系数达到70 cm-1,由此求出F--Co2+离子键伸缩振动的键力常数K为3.40×10-2 N/cm.这一结果表明,THz光谱分析有可能成为研究晶体化学键的一种重要手段.利用光学常数之间的关系计算了两个样品在0.5-2.5 THz的介电函数的实部ε1(ν),得到样品1的ε1(ν)值在4.67至4.73之间,样品2的ε1(ν)值在4.62至5.01之间.     

MgF2单晶的THz光谱研究

利用THz时域光谱技术对MgF₂晶体(样品1)和MgF₂：Co晶体(样品2)在0.5—2.5 THz的吸收特性进行了研究.在0.5—2.5 THz波段，样品1吸收系数α(ν)随频率ν增加而增大，最大值为24 cm^-1.样品2的吸收系数比样品1大得多，Co掺杂使晶格吸收带边向低频移动，而且样品2在1.9 THz有吸收峰，吸收系数达到70 cm^-1，由此求出F^--Co²⁺离子键伸缩振动的键力常数K为3.40×10^-2　N/cm.这一结果表明，THz光谱分析有可能成为研究晶体化学键的一种重要手段.利用光学常数之间的关系计算了两个样品在0.5—2.5 THz的介电函数的实部ε₁(ν)，得到样品1的ε₁(ν)值在4.67至4.73之间，样品2的ε₁(ν)值在4.62至5.01之间. 关键词： THz辐射 光谱 2晶体')" href="#">MgF₂晶体     

LLM-105太赫兹波吸收特性及理论计算

2,6-二氨基-3, 5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)是一种综合性能优良的新型高能钝感炸药,为了研究LLM-105的分子结构特性,利用太赫兹时域光谱技术对该炸药在0.2～2.4 THz频率范围内的吸收光谱进行了探测,结果表明LLM-105在该频率范围内出现了多个强度不同的特征吸收峰,分别位于1.27, 1.59, 2.00, 2.08, 2.20, 2.29 THz处。基于密度泛函理论(DFT),借助Materials Studio 6.0量子化学软件对LLM-105晶体在小于2.5 THz频率范围内的吸收光谱进行了模拟计算,计算结果中除了2.29 THz处吸收频率,其余5处与实验测得值均有很好的一致性,从理论角度验证了实验数据的准确性。完成了对实验太赫兹吸收光谱中特征吸收峰振动模式的分析和指认,结果表明LLM-105太赫兹吸收特征峰的形成与分子振动密切相关,进一步为其分子结构变化的研究提供重要的实验手段与技术支撑。对于没有计算频率对应的2.29 THz处特征吸收峰,分析认为是由晶格振动或其他原因导致。     

Yb:Y3Al5O12晶体晶格振动光谱的研究

采用提拉法生长Y3Al5O12(YAG)晶体和Yb3 掺杂原子数分数分别为5%,10%,15%,20%,25%,50%和100%的Yb:Y3Al5O12(Yb:YAG)晶体.系统表征和分析了Yb3 掺杂浓度对拉曼光谱的影响.随着Yb3 掺杂浓度的增加,晶体的振动模式没有明显的变化,晶体结构没有改变;在370 cm-1和785 cm-1附近,振动吸收峰的半峰全宽逐渐增大.分析得出,Yb3 掺杂浓度对晶体的晶格、对称性、荧光寿命均有影响,从而可能影响到晶体的光谱和激光性能.     

Yb∶Y_3Al_5O_(12)晶体晶格振动光谱的研究

采用提拉法生长Y3Al5O12(YAG)晶体和Yb3 掺杂原子数分数分别为5%,10%,15%,20%,25%,50%和100%的Yb∶Y3Al5O12(Yb∶YAG)晶体。系统表征和分析了Yb3 掺杂浓度对拉曼光谱的影响。随着Yb3 掺杂浓度的增加,晶体的振动模式没有明显的变化,晶体结构没有改变;在370 cm-1和785 cm-1附近,振动吸收峰的半峰全宽逐渐增大。分析得出,Yb3 掺杂浓度对晶体的晶格、对称性、荧光寿命均有影响,从而可能影响到晶体的光谱和激光性能。     

KTiOPO4晶体的太赫兹光学声子振荡特性研究

采用超快半导体光电导开关的宽带太赫兹时域频谱系统,研究了 KTiOPO4 晶体在0.5～2.0THz波段的光学声子振荡特性;在晶体z轴平行于THz波电场振动方向时发现了明显的吸收峰.利用晶体中晶格振动模式（光学声子）对光谱的选择性吸收特性和多洛仑兹振子伪谐振介电模型,很好地拟合了KTP晶体的复介电常量曲线,得到了对应晶格弱振动的光学声子的频谱参量值.研究结果表明,位于ω1 /2π=1.76 THz的吸收峰是KTP晶体中沿z轴排列的K+相对于PO4和TiO6晶格振动造成的光学外振动模.同时也说明THz波对于晶格弱振动非常敏感,对于微弱的光学声子吸收峰的频谱分析更加精准.     

第一性原理下铜锰共掺铌酸锂晶体的电子结构和吸收光谱

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Cu、Mn单掺及共掺LiNbO3晶体的电子结构和光学性质.结果显示,Cu、Mn掺杂LiNbO_3晶体禁带中的杂质能级分别由Cu 3d轨道、Mn 3d轨道贡献;各掺杂体系的带隙均较纯LiNbO_3晶体变窄.共掺晶体中Cu离子形成了较单掺时更浅的能级中心,并在2.87eV处有较强的吸收峰;Mn离子在1.73eV附近的吸收较单掺时减弱且中心略有偏移,在2.24eV处的非光折变峰与Mn~(3+)相关,这对吸收峰的变化被认为与Cu、Mn间电子转移相联系.相对Cu、Fe共掺LiNbO_3晶体,Cu、Mn共掺LiNbO_3晶体可以通过适当提高Cu离子浓度,来改善存储参量中的动态范围和记录灵敏度.由于同一深能级掺杂离子伴以不同浅能级掺离子将呈现出不同的吸收特征并影响存储性能,在共掺离子的配搭选择时对各待选配搭的模拟计算非常必要.     

Hf、N以不同比例掺杂ZnO的第一性原理计算

基于第一性原理密度泛函理论,计算分析了Hf、N以不同掺杂比例掺杂ZnO(Zn_(16)O_(16))形成Zn_(15)O_(16-x_HfN_x(x=1,2,3,4)体系的结构参数、电子结构、Mulliken电荷布居和光学方面的性质.计算结果表明,掺杂体系晶胞体积不同程度增大;x=1时体系的费米能级上移进入导带使其呈现n型半导体特征,吸收峰和反射峰红移较小,尤其是反射峰,主要表现为强度的变化;但x=2,3,4体系的费米能级均在价带顶附近,且随掺杂比例的增大,掺杂体系的费米能级进入价带的深度逐渐增大,N 2p态的贡献作用也越来越显著,使掺杂体系呈现p型半导体特征,吸收峰和反射峰均有较大的红移,这将有利于ZnO体系在可见光领域的应用.     

GaSe晶体的双光子吸收对太赫兹输出的影响

根据光整流效应,利用超快激光脉冲泵浦GaSe晶体实现了0.2~2.5 THz的宽带太赫兹辐射输出。禁带中的电子在两个800 nm光子的作用下激发到导带中形成自由载流子,进而吸收所产生的太赫兹辐射,最终导致太赫兹的输出随泵浦功率的增加而趋于饱和。为了研究双光子吸收对太赫兹输出的影响,测量了800 nm处的GaSe晶体的双光子吸收系数,结果为 0.165 cm/GW。通过对太赫兹输出实验数据的拟合,得到GaSe晶体中自由载流子对太赫兹输出的吸收截面为1×10^-15 cm²。本文的研究结果可用于优化GaSe晶体在强激光泵浦下的太赫兹转换效率。     

RF溅射钕掺杂ZnO薄膜的结构与发光特性

通过射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂ZnO薄膜和Nd掺杂ZnO薄膜。应用XRD分析了ZnO:Nd薄膜的晶格结构,通过AFM观察了ZnO:Nd薄膜的表面形貌。结果表明,Nd掺入了ZnO晶格中,由于Nd原子半径大于Zn原子半径,Nd以替位原子的形式存在于ZnO晶格中。ZnO:Nd薄膜为纳米多晶薄膜,表面形貌粗糙。ZnO:Nd薄膜的室温光致发光谱表明,相同条件下制备的未掺杂ZnO薄膜和Nd掺杂ZnO薄膜都出现了395nm的强紫光带和495nm的弱绿光带。我们认为,紫光发射峰窄而锐且强度远大于绿光峰,源于薄膜中激子复合;绿光峰强度较弱,源于薄膜中的氧空位(VO)及氧反位锌缺陷(OZn)。Nd掺杂没有影响ZnO:Nd薄膜的PL谱的发射峰的峰位。由于Nd3 离子电荷数与Zn2 离子电荷数不相等,为了保持ZnO薄膜的电中性,间隙锌(VZn)可以作为Nd替位补偿性的受主杂质而存在,影响ZnO薄膜的激子浓度。同时,Nd掺入使ZnO的晶格畸变缺陷浓度改变增强,因而发射峰的强度随Nd掺杂浓度不同而变化。     

RNA碱基的太赫兹光谱和拉曼光谱特征研究

应用傅里叶红外光谱仪和激光拉曼光谱仪测试了RNA碱基在太赫兹波段(1～10 THz)的红外和拉曼光谱,同时结合Guassian09软件和周期性边界条件下基于能量的分块方法(PBC—GEBF),分析了RNA碱基晶体的红外和拉曼光谱特征,得到了所有特征峰位置及其对应的振动模式,且计算光谱与测试光谱一致吻合,表明碱基粉末样品为无定形晶体结构。通过对红外光谱的分析可知,在太赫兹波段,腺嘌呤和鸟嘌呤都有6个红外活性振动模式,胞嘧啶和尿嘧啶分别为6个和3个红外活性振动模式,与实验结果相比,除了鸟嘌呤6.35 THz处的弱吸收峰没能重现,4.83和5.39 THz处的吸收峰简并;胞嘧啶4.3和4.79 THz处吸收峰简并;尿嘧啶3.32和3.82 THz处的吸收峰简并外,其他吸收峰的位置和强度均被准确地模拟重现。通过对拉曼光谱的分析可知,理论和实验光谱基本一致,除了尿嘧啶3.52和4.48 THz处特征峰简并;鸟嘌呤7.26和8.03 THz,3.57,4.02,4.49,4.89和5.98 THz处特征峰简并外,其他特征峰的位置和强度均被准确的模拟重现。通过对特征峰的分析和辨认,可知在1～10 THz,RNA碱基的振动模式均来源于晶格内分子的集体振动,分子间的氢键和弱相互作用力对振动模式的贡献很大,进一步分析可知,在1～5.5 THz,其振动模式来自所有原子参与的集体振动,在5.5～10 THz,振动模式来自于部分原子参与的集体振动。此项研究对揭示RNA碱基在构成生物大分子结构、生物大分子鉴定以及太赫兹波段光谱的形成机制等方面,具有重要的理论和实际参考价值。     

GaSe：AgGaSe_2晶体的光学性能及应用（英文）

从GaSe∶AgGaSe₂熔体(质量掺杂浓度为10%)中生长的非线性光学晶体ε-GaSe∶Ag晶体(质量掺杂浓度≤0.04%)是一种非中心对称晶体,可用于相位匹配频率转换。Ag的掺入使GaSe晶体的显微硬度提高了30%,从而使其可以在任意方向上进行切割和抛光。本文研究了GaSe∶AgGaSe₂晶体在可见、中红外及太赫兹波段的光学性能。实验证明:GaSe∶AgGaSe₂晶体的吸收系数是纯GaSe晶体的2倍,其CO₂激光倍频效率是ZnGeP₂晶体的1.7倍。     

Yb：Y3A15O12晶体晶格振动光谱的研究

采用提拉法生长Y3A15O12（YAG）晶体和Yb^3＋掺杂原子数分数分别为5％，10％，15％，20％，25％，50％N100％的Yb：Y3A15O12（Yb：YAG）晶体。系统表征和分析了Yb^3＋掺杂浓度对拉曼光谱的影响。随着Yb^3＋掺杂浓度的增加，晶体的振动模式没有明显的变化，晶体结构没有改变；在370cm^-1和785cm^-1附近，振动吸收峰的半峰全宽逐渐增大。分析得出，Yb抖掺杂浓度对晶体的晶格、对称性、荧光寿命均有影响，从而可能影响到晶体的光谱和激光性能。     

Fe掺杂对LaBa2Cu3Oy体系的红外光谱和电子顺磁共振谱的影响

我们成功合成了LaBa2Cu3-xFexOy(0≤x≤2.0)系列单相样品.X-光衍射分析显示,在x<2.0的整个掺杂区内样品皆保持为正交结构.晶格常数a,b和c随掺杂量的增加而增大.红外光谱(IR)表明:对于不掺杂的样品,在531cm-1和583cm-1附近有两个显著的吸收峰,分别相应于Cu(1)-O和Cu(2)-O的伸缩振动.在低掺杂区 (0≤x≤0.5),535cm-1峰随x增加向低频方向移动,当x＞0.5时,该声子振动模随x增加反而逐渐硬化.585cm-1处的红外峰在0≤x≤1.0范围内峰位基本不变.高Fe掺杂区(x＞1.0),体系的结构畸变很强,使上述两个红外峰宽化而变成一个宽峰.电子顺磁共振实验(EPR)揭示了不同含量的Fe掺杂对Cu2+的自旋关联行为的影响.本文对不同掺杂区的声子振动,晶格结构和自旋特征进行了分析讨论.     

基于DAST晶体差频的可调谐THz辐射源

基于自发成核法自行生长的4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯酸盐(DAST)晶体,可实现宽带可调谐THz辐射输出。实验探究饱和生长溶液质量浓度对晶体生长形态和光学质量的影响,并结合晶体的拉曼光谱,对其生色团振动和转动特性进行分析。采用波长为1.3～1.5μm的高能量、可调谐双波长的激光为泵浦光,基于0类相位匹配外腔差频和电控振镜快速扫描技术,实现了0.1～20.0THz的宽带THz辐射输出。在18.9THz处,每个脉冲最大输出能量为3.59μJ,转换效率为2.39×10-4。基于宽带THz输出谱可知,DAST晶体对THz波的吸收主要是因为晶格振动引起的。     

Sn掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,利用广义梯度近似和Perdew-Burke-Ernzerdorf泛函,计算了不同Sn掺杂浓度下SZO(Sn∶ZnO)体系的电子结构与光学性质.研究了Sn掺杂浓度对SZO(Sn∶ZnO)的晶体结构、能带结构、电子态密度及光学性质的影响,并结合计算的能带结构和差分电荷密度对比分析了掺杂位置对计算结果的影响.研究结果表明,随着Sn掺杂浓度的增加,晶格常数c与a的比值变化很小,掺杂后晶胞没有发生畸变.掺杂体系的能量逐渐增大,稳定性减弱,且随着掺杂浓度的增加,带隙呈现先减小后增大的变化规律.掺杂后的SZO(Sn∶ZnO)成为间接带隙半导体,在导带底部附近出现了大量Sn原子贡献的导电载流子,明显提高了掺杂体系的电导率,并在费米能级附近与价带顶部之间出现一条由Sn原子贡献的杂质能级,能带结构呈现半填满状态,价带部分的电子态密度峰值向低能方向移动约1.5eV.同层掺杂的电子得失程度较大,带隙比相邻层掺杂和隔层掺杂时小.掺杂后吸收带边发生红移,材料对紫外光的吸收能力明显增强,介电常数虚部增大,主要跃迁峰向高能方向移动.计算结果表明SZO(Sn∶ZnO)是一种优良的透明导电薄膜材料.     

纤锌矿结构AlInN电子及光学性质的第一性原理研究

本文通过基于密度泛函理论的第一性原理,研究了纤锌矿结构Al1-xInxN在不同In浓度下的稳固结构,以及电子和光学性质的变化规律。研究表明,AlInN不同In浓度的晶格结构都很稳定,说明AlInN的兼容性很好。晶格常数随In浓度的增大不断增大,而混晶的带隙则不断减小。并且随In浓度的增大,混晶在紫外光区的吸收系数、反射系数及折射率增大,吸收边、吸收峰和反射峰蓝移,且这两个峰的峰值减小。AlInN的吸收、反射和折射率曲线在Eg处出现峰值行为,此Eg处的峰值大小随In浓度的增加而增大。当In浓度达到87.5%时,混晶AlInN在紫外光区的吸收、反射和折射能力均达到最强,表明此时的掺杂效果最好。