玻璃基掩埋式光波导堆栈的制作与表征

在硅酸盐光学玻璃基片上制作了光波导堆栈, 这种光波导堆栈通过Ag⁺/Na⁺熔盐离子交换和电场辅助离子扩散技术顺次制作了两层掩埋式光波导. 对光波导堆栈的横截面显微结构进行了观察, 并对堆栈中两层波导的损耗特性进行了测试. 所获得的光波导堆栈中的上、下两层波导芯部分别位于玻璃表面以下14和35 μm处; 上层光波导芯部尺寸约为12 μm×7 μm; 下层光波导芯部尺寸约为9 μm×8 μm. 通光测试显示两层波导在1.55 μm工作波长下均为单模光波导, 且两者之间没有相互耦合. 损耗测试分析结果显示: 堆栈中两层光波导的传输损耗均约为0.12 dB/cm,与单模光纤之间的耦合损耗分别为0.78和0.73 dB. 分析表明, 这种光波导堆栈在玻璃基集成光芯片的高密度集成方面具有很好的应用前景.     

非线性Ge-As-Se硫系光纤

平均配位数为2.45~2.50的Ge-As-Se硫系玻璃具有优异的红外透光性能、较高的三阶光学非线性和极低的光致折射率变化效应,是较理想的红外光学非线性材料。采用动态蒸馏技术制备了高纯GeAs-Se玻璃,采用棒管法拉制了芯包结构的光纤。光纤在2~8μm传输性能良好,背景损耗约1dB/m,杂质对应的峰值损耗约6dB/m。     

Gd3+为敏化剂的掺Tb3+硅酸盐闪烁玻璃

实验制备了以Tb³⁺为激活剂、Gd³⁺为敏化剂的硅酸盐闪烁玻璃, 研究了Tb₂O₃和Gd₂O₃含量对玻璃密度和玻璃折射率, 以及对玻璃在紫外光激发和X射线激发条件下的光学光谱特性的影响. 通过研究Tb³⁺/Gd³⁺共掺闪烁玻璃的激发与发光特性、荧光寿命, 结合稀土离子能级结构, 分析了Gd³⁺→Tb³⁺离子之间的能量转移与传递机制. 结果表明：在紫外激发条件下, 大量引入Tb₂O₃和Gd₂O₃可提高Gd³⁺→Tb³⁺离子之间的能量传递效率, 有利于Tb³⁺离子的绿色发光; 但是在X射线激发条件下大量引入Tb³⁺离子, 由于缺陷数增加而弱化Tb³⁺离子荧光.     

Yb3+掺杂SiO2-Bi2O3-B2O3玻璃的物理性质及光谱性质

选取玻璃组分60SiO₂-xBi₂O₃-(30-x)B₂O₃-2K₂O-7Na₂O-1Yb₂O₃(以mol％记,x=0,5,10,15,20,25,30)为研究对象。通过测试试样的物理性质和光谱性质,应用倒易法(reciprocity method)计算Yb³⁺离子的受激发射截面(σ_emi),并且计算了Yb³⁺的自发辐射几率(A_rad),²F_5/2能级的辐射寿命(T_rad)。讨论了玻璃中Bi₂O₃和B₂O₃的组成变化对其物理性质、Yb³⁺离子的吸收特性、发光特性以及OH^-离子对实测Yb³⁺荧光寿命(T_f)的影响。结果表明:Yb³⁺掺杂的Si₂-Bi₂O₃-B₂O₃具有较好的光谱性能,是一种新型的Yb³⁺掺杂双包层光纤候选基质材料。     

基于SOI光波导的损耗测试与优化

利用电子束光刻技术,制备了带有氧化硅包层的SOI光波导结构,对其传输模态及损耗进行了详细的理论分析,并分别对波导的传输损耗和耦合损耗进行了测试.测试结果验证了单模传输模态时的传输损耗较低,在波导层上添加覆盖层可以将波导传输损耗降低至3.96dB/cm,利用光栅垂直耦合可以大大降低光纤-波导的耦合损耗,耦合效率可以达到32.7%.     

硅衬底Al2O3∶Tb3+薄膜的制备及其发光性能

采用溶胶凝胶法在硅衬底上制备了Al₂O₃∶Tb³⁺薄膜; 并采用DTA-TG、XRD、SEM、AFM及光致发光光谱对其进行了一系列表征; 分析了Al₂O₃∶Tb³⁺薄膜的发光机理, 探讨了热处理温度和Tb³⁺掺杂浓度对发光性能的影响规律. 研究结果表明, 采用溶胶凝胶法制备工艺, 制备了高发光强度的Al₂O₃∶Tb³⁺薄膜, 薄膜的最佳激发波长为240nm, Tb³⁺的最佳掺杂浓度为5mol%(Tb₂O₃/Al₂O₃=5mol%), 在240nm光激发下, 最强的发射峰出现在544nm附近; 并且制备的Al₂O₃∶Tb³⁺薄膜表面致密、平整且无裂纹产生, 表面粗糙度约为1.3nm, 有利于硅基光电子器件的制备和应用.     

PbBr2-PbF2-P2O5玻璃的结构研究

采用红外光谱(IR)和X射线光电子能谱(XPS)等方法研究了PbBr₂-PbF₂-P₂O₅系铅卤磷酸盐玻璃的结构.结果表明,Pb²⁺离子在玻璃中起着网络修饰阳离子和网络形成体的双重作用.当P₂O₅含量为60mol％时,Pb²⁺离子主要是作为网络修饰体;当P₂O₅含量降低到50mol％时,一部分Pb²⁺离子能够进入玻璃网络形成[PbO₄]四面体或P-O-Pb键.Br^-和F^-离子达到一定浓度时就会进入玻璃网络,形成[PO_4-nX_n](X=Br或F,n=0-4)四面体使磷酸盐链长变短.玻璃中P₂O₅的含量不变时P-O-P键的比例也基本保持不变;当P₂O₅的含量降低时,P-O-P键和P-O^-键的含量都减少,P-O-Pb键的含量则明显增加.     

扩束光纤与宽波导光栅的光耦合特性

为了研究光纤与宽波导光栅的有效耦合,基于高斯光束与波导光栅的光耦合理论,以30μm宽波导光栅为研究对象,利用矩阵光学和高斯光束理论分析和设计了一种扩束光纤,并通过分析其耦合损耗,建立了扩束光纤与波导光栅耦合模型.优化所设计扩束光纤的结构参数后,得到束腰半径为10.8μm的输出光束.最后分析了扩束光纤的结构容差,并讨论了所设计扩束光纤的输出光束、单模光纤的输出光束以及束腰半径为16 μm的自由空间高斯光束各自在光栅表面的位置变化对光栅耦合效率的影响.可知扩束光纤输出的光束与单模光纤输出的光束相比具有较大的位置容差,与束腰半径为16 μm的自由空间高斯光束相比,光耦合效率基本相同.     

用于高性能光隔离器的复合稀土铁石榴石ReYbBiIG单晶材料研究

通过加速旋转坩埚技术和Bi₂O₃/B₂O₃助溶剂生长技术研制新型磁光复合稀土铁石榴石单晶ReYbBiIG(Re:Tb³⁺、Ho³⁺、Y³⁺。从理论上解释了将两种具有相反符号法拉第温度和波长系数的掺铋稀土铁石榴石复合可以显著优化磁光性能,并成功制得具有大磁光优值、低饱和磁化强度、低近红外吸收、极小法拉第温度和波长系数的系列优质磁光单晶(如:Ho_0.85Yb_1.12Bi_1.03Fe₅O₁₂和Tb_2.06Yb_0.46Bi_0.48Fe₅O₁₂等)。研究表明,以新型磁光复合稀土铁石榴石单晶ReYbBiIG作为法拉第转子材料制得的新型光隔离器更适用于WDM光纤通讯系统对宽波段和温度稳定性的要求。     

光学信息工程中的材料问题(摘要)

本文从光通讯、光存储和光计算方面评述在光学信息工程中材料的作用、发展和存在的问题。光纤通信是由于获得了低损耗的石英玻璃光纤才能实现。从降低玻璃中过渡元素有害杂质开始,进一步降低羟基(OH~-)的含量,近年来石英光纤的光损耗不断下降,目前的接近理论损耗,约0.1dB/km左右。合     

LiTa3O8薄膜制备与电性能研究

以乙醇锂和乙醇钽为起始反应物, 用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了新型钽酸锂LiTa₃O₈铁电薄膜. 经XRD图谱对比, 该薄膜结构不同于LiTaO₃晶体结构, 与正交相结构类似. SEM分析显示经过750℃结晶退火的LiTa₃O₈薄膜表面均匀平整无裂纹, 膜厚约为1μm. 实验结果表明, 在450kV/cm时, LiTa₃O₈薄膜剩余极化强度P_r为9.3μC/cm², 矫顽场强E_c为126.8kV/cm; 在9.5kV/cm时, LiTa₃O₈薄膜漏电电流为8.85×10^-9A/cm², 比LiTaO₃薄膜漏电小; 在1kHz时, LiTa₃O₈薄膜介电常数为58.4, 介电损耗为0.26. 溶胶-凝胶法制备的 LiTa₃O₈薄膜结晶温度比LiTaO₃薄膜高50℃以上.     

微晶玻璃的制备与光谱特性

高温熔制摩尔组分为32CaO-12Y₂O₃-24Al₂O₃-31SiO₂-1Yb₂O₃的玻璃, 制得的玻璃于950、1050、1100℃三个不同温度进行热处理, 用XRD分析热处理后样品的相变, 用TEM观察1050℃热处理后的样品, 并研究了1050℃热处理前后样品的光谱特性. 研究结果表明: 玻璃在1050℃热处理后, 在玻璃中产生单一YAG相微晶颗粒; 热处理前后样品光谱特性的变化表明热处理后掺杂的Yb ³⁺离子择优进入到YAG晶格位, 制备得到了透明Yb:YAG微晶玻璃.     

MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-CeO2系统微晶玻璃的析晶过程与微波介电性能

利用DTA、XRD、SEM及TEM等实验手段,研究了MgO-Al₂O3-SiO₂-TiO₂-CeO₂系统玻璃的一个典型组成的析晶过程,并讨论了其在相变过程中微波介电性能的变化规律。研究结果表明,作为核化的先导,原始玻璃在晶化之前已经分相;在热处理过程中,金红石晶核首先在约800℃时析出;硅钛铈矿和α-堇青石则先后在约900和1100℃出现,随着热处理温度和晶化程度的提高,材料的微波介电常数不断提高,而介电损耗则不断下降,但热处理温度超过1100℃时,由于α-堇青石相的大量析出,材料的介电常数开始降低,同时由于晶粒的粗化,介电损耗略有升高。由玻璃受控析晶得到的微晶玻璃由针状金红石、颗粒状硅钛铈矿和板条状α-堇青石三种主要晶相构成,在微波频率下(10G),介电常数可在8～11范围内调控,介电损耗可<6×10^-4,是一种有实用价值的新型微波介质材料。     

卤化银光纤原料的超提纯

高纯原料的制备是制造高品质光纤最重要的环节,本文采用氯气氛下水平区熔法生长单晶的提纯方法对卤化银原料进行超提纯．区域熔融提纯后的卤化银原料红外吸收光谱测量显示在800～4000cm^－1范围内吸收随波长的增加而降低．经CO₂激光量热计法测量提纯后的卤化银原料在10．6μm处的吸收系数为5×10^－4Cm^－1,较提纯前降低两个数量级,制成的光纤传输损耗03～0．5dB／m     

高能球磨结合SPS技术制备Al2O3-TiC复合材料及其性能研究

以TiO₂、Al、C(石墨)为原料,首先采用高能球磨引导铝热反应合成了Al_2O3-TiC 纳米复合粉体,然后采用放电等离子体烧结纳米复合粉体制备了Al₂O₃-TiC复合材料.结果表明,在氩气氛围下高能球磨3h后,原料粉末就发生了铝热反应,合成的Al₂O₃-TiC复合粉体粒子尺寸大约在100nm左右.采用SPS技术在1450℃保温4min烧结的试样致密度达99.6%,并且结构精细(大部分晶粒<1μm),两相分布比较均匀,有较好的力学性能和电导性能,抗弯强度为650±21MPa.,硬度为19.1±0.2GPa,断裂韧性为4.5±0.2MPa·m^1/2,电导率为2.3828×105Ω^-1·m^-1.     

离子交换法制备钛酸钾纳米纤维及其表征

采用离子交换法, 即以KOH溶液与钛酸纳米管(H₂Ti₂O₄(OH)₂)反应, 制备了钛酸钾纳米纤维. 透射电镜(TEM)和X射线衍射分析(XRD)结果表明, 经过离子交换, 形貌由纳米管变为纳米纤维, 晶体结构亦发生改变. 利用原子吸收分光光度法, 比色法和X射线光电子能谱(XPS)对离子交换产物的Ti, K元素的原子比和化学价态进行分析, 结果表明, 离子交换产物的经验式为: K_1.34H_0.66Ti₂O₄(OH)₂与H₂Ti₂O₄(OH)₂纳米管相比, 钛酸钾纳米纤维的热稳定性较好, 700℃以上的热处理才使其晶型发生改变, 出现单斜型的K₂Ti₄O₉. 高温处理导致钛酸钾纳米纤维的直径增加, 但仍保持较大长径比. 该材料的BET比表面积为104m²·g^-1.