硫系玻璃基底减反射激光薄膜的设计及制备

目的随着红外技术的发展,硫系玻璃已作为红外光学元件得到一定使用,然而硫系玻璃在3~5μm波段的透射率不能满足使用要求,并且红外薄膜用于探测器中易遭受强激光的辐照而损伤。针对硫系玻璃(As_(40)Se_(60))基底镀制薄膜易脱落、透射率低,以及抗激光能力差等问题,设计并制备出在3~5μm波段具有良好透射率、在1064 nm处具有抗激光能力的薄膜。方法制备ZnSe、ZnS和YbF_(3)单层膜,测量其光学常数并进行膜系设计。优化设计出的红外多层薄膜结构为S|0.61H0.21L0.32M0.26L0.2M0.32L0.28M-0.17L0.35M0.28L0.13M0.61L|A,其中H代表ZnSe、M代表ZnS、L代表YbF_(3)、S代表硫系玻璃、A代表空气,数字为膜层的光学厚度,设计波长λ_(0)=4000 nm,薄膜的厚度为2055 nm,光谱性能为:在3~5μm波段双面镀膜时的平均透射率为95.67%,峰值透射率为99.11%,(1064±40)nm波段单面镀膜时的平均透射率为7.62%。在制备过程中,从膜基材料的热膨胀系数差异入手进行优化,工艺参数为:烘烤温度70℃,离子能量100 eV,离子束流20 mA,此参数下薄膜样品的残余应力为−30.0 MPa。结果所制备薄膜的附着性能符合要求,在3~5μm波段双面镀膜时平均透射率为95.38%,峰值透射率为99.07%,在(1064±40)nm范围内单面镀膜时的平均透射率为4.46%,在1064 nm处的激光损伤阈值为7.6 J/cm^(2)。结论在硫系玻璃基底制备薄膜时,从膜基材料的热膨胀系数差异入手,合理优化烘烤温度与离子参数,可以降低薄膜的残余应力,提高薄膜的附着性能。

掺银硫系玻璃光电探测器响应波长特性研究

由于硫系玻璃具有良好的光学性质,在非线性光学等方面研究广泛,但基于硫系玻璃光电探测器的相关研究却很少。本文利用真空共热蒸发技术制备了不同掺银比例的硫系玻璃薄膜作为半导体膜层结构,并设计构建了金属-绝缘体-半导体结构的自供电光电探测器,探究了该光电探测器的响应光谱范围。结果表明,该探测器对可见光到近红外区域的光均有响应。针对掺银硫系玻璃光电探测器在635 nm波长激光下,研究了探测器响应电压与激发功率之间的关系。当激光功率小于10 mW时,探测器响应电压与激发功率线性相关;当激光功率大于10 mW时,探测器响应电压逐渐饱和。探测器的上升和衰减时间分别为3.932 s和1.522 s。本研究为硫系玻璃材料在自供电光电探测器领域的应用提供了证明。

带空气狭缝倒置结构的脊型硫系光波导后向受激布里渊散射研究

受激布里渊散射效应具有光谱线宽窄、频率稳定和增益方向敏感等优点,常用于激光器,慢光产生和微波光子滤波器等.本文基于As_(2)S_(3)硫系玻璃、以SiO_(2)为衬底设计了一种亚微米尺寸的带空气狭缝倒置结构脊型波导结构,具有高达8.22×10^(4)W^(–1)·m^(–1)的后向受激布里渊散射增益系数.研究显示在该结构的同种光学和声学模式下,更小的声光场有效模场面积具有更高的后向受激布里渊散射增益系数.还分析了硫系玻璃的光学损耗对后向受激布里渊散射的影响,发现当波导长度超过最优值后,斯托克斯光波功率开始下降,而增大泵浦光功率不仅可以提高斯托克斯光波功率的极大值,同时还会增大波导长度的最优值.当所输入的泵浦光功率为20 mW时,受激布里渊散射增益达到100 d B波导长度仅需要2 cm,这非常有利于光子器件的片上集成.

硫系非晶态半导体人工神经突触的可塑性

模拟大脑中的神经突触是实现下一代计算机--类脑神经形态计算的关键一步。为了利用光子模拟神经突触的可塑性进而发展全光人工神经突触器件,文章开展了基于可控光诱导抑制效应的硫系非晶态半导体人工神经突触的实验研究。分析了材料化学组分和抽运光功率对该人工神经突触的调控作用,描述了该人工神经突触的可塑性。结果表明掺入不同杂质的硫系非晶态半导体平面波导具有不同的可控光诱导抑制过程,且抑制深度受控于抽运光功率的变化。基于这些特性,该人工神经突触展现出了配对脉冲易化功能、短程抑制功能、长程抑制功能,具有良好的可塑性。

硫系玻璃单点金刚石车削技术的研究进展

硫系玻璃是应用较为广泛且较难加工的红外光学元件。单点金刚石车削加工技术不仅具有较高的加工质量,还能有效避免磨料嵌入光学元件导致面形精度降低,适用于小口径、大批量硫系玻璃镜片的超精密加工。本文介绍了硫系玻璃单点金刚石车削加工的原理和条件,综述了硫系玻璃单点金刚石车削加工过程中机床、刀具、加工工艺等对面形精度和表面光洁度的影响。

自制硫系稳定剂在典型电镀场地的稳定化技术研究与工程应用

本研究针对自制硫系稳定剂(KTWDJ-1)进行机理研究,同时,以福建某典型电镀场地为研究对象,将KTWDJ-1与多硫化钙、硫化钠对比,开展了污染土壤稳定化试验以及修复工程。本项目成功实施为同类型污染场地修复治理工程开展提供借鉴参考。

硫系添加剂在高镍锂离子电池中的改性研究

为了改善高镍锂离子电池的性能,在电解液中加入PS和DTD两种硫系添加剂。实验结果表明,PS和DTD均可有效改善电池性能,尤其是DTD,显著改善了电池的低温放电性能、倍率性能和高温贮存性能,可作为高镍圆柱形锂离子电池的改性成膜添加剂。

场致双折射法测量硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)直流克尔系数

硫系玻璃是一种重要的非线性光学材料,因其具有较强的红外高透性和较高的光学非线性,使得近年来在集成光子学、超连续光源和全光开关等领域引起了广泛关注。通过分析在不同外加电场强度下光束通过硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)样品偏振态的变化得到场致双折射现象引起的相位差,进而测量了硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)的直流克尔系数,并结合该材料的非线性光学特性,对实验结果进行了分析。最终结果表明,硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)具有较高的直流克尔系数,在相关的应用中具有一定的优势。

长波红外硫系玻璃光纤束制备与大面阵成像性能研究(特邀)

长波红外光纤传像束在军事、医疗以及环境监测等领域有着重要应用。当前,长波红外光纤高的光学损耗制约了红外光纤传像束的性能和应用。为了制备低损耗长波红外光纤,选择As-SeTe硫系玻璃组分,首先对As、Se、Te高纯原料进行了提纯工艺研究,原料表面氧杂质含量分别由1.3 at%、0.46 at%、0.48 at%降至0 at%(未检出)、0.06 at%、0.15 at%,除氧效果显著。以As-Se-Te玻璃为基质组分,对比研究了制备工艺对玻璃红外透过谱段的影响,采用Al作为除氧剂结合蒸馏提纯工艺,制备出热学性能优异、长波红外谱段良好的红外硫系玻璃。采用棒管法拉制出丝径100μm的光纤,弯曲半径小于5 mm,在长波红外波段损耗基线约为0.2 dB/m。采用叠片法制备出像元2.25万,单丝呈紧密排列的光纤传像束,断丝率小于3‰,传像束有效区域透过均匀,无黑丝、暗丝,对红外目标成像清晰,无明显畸变,综合成像质量良好。

基于AZ5214光致保护层的As2S3硫系脊型波导制备

实验研究发现AZ5214光刻胶在一定曝光剂量下显影后会留存一定厚度的底膜,该底膜可以在干法刻蚀过程中避免As-S薄膜与碱性显影液直接接触,减轻薄膜表面损伤,起到保护作用。基于此,采用该底膜作为保护层制备As2S3脊型波导,研究结果表明,在AZ5214光刻胶匀胶厚度为2.1μm、紫外曝光剂量为200 mJ/cm2、显影时间为45 s的条件下会留存约为220 nm厚的光致保护层,该条件下保护层均匀性较好,且在刻蚀阶段可以完全去除。实验表明利用此保护层制备的As2S3脊型波导具有良好的形貌特征,波导脊宽约为3μm、脊高约为800 nm的As2S3脊型波导的传输损耗约为0.74 dB/cm@1 550 nm。

基于新型硫系玻璃的红外成像光学系统(特邀)

为了丰富当前可用红外材料的种类,满足新一代红外成像光学系统的轻薄化设计需求,充分利用硫系玻璃组分可调和色散参数可选两大特殊优势,开发了新型硫系玻璃材料,并且在同一系统指标要求下,分别对基于传统红外材料和基于新型硫系玻璃设计的红外光学系统进行了性能对比。基于高折射率硫系玻璃的中波双视场红外光学系统,有效实现了去锗化设计,与基于传统红外材料的红外光学系统相比较,光学系统质量减轻了35%,长度减少了15%,透过率提高了10%。基于叠层梯度折射率(gradient refractive index,GRIN)硫系玻璃的共光路、共焦面双波段红外光学系统,在非制冷型中/短波红外成像光学系统中首次实现了胶合透镜的设计,与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较,光学系统质量减轻了40%,长度减少了30%,透过率提高了15%;在制冷型中/长波红外光学系统中,具有不同折射率差值Δn的GRIN硫系玻璃展现出卓越的色差校正能力,与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较,光学系统质量减轻了20%,长度减少了20%,透过率提高了18%。设计结果表明,新型硫系玻璃的出现,是对现有红外材料的有益补充,为新一代红外成像光学系统提供了更为丰富的材料选择和更多的设计自由度,是实现轻薄化透射式红外光学系统的重要技术途径。

基于硫系玻璃-聚甲基丙烯酸甲酯分光结构的散斑计算重组光谱仪设计

传统的台式光谱仪多采用大体积、长光程的色散分光方式,往往只能在实验室使用。而手持式光谱仪多采用可调光学滤波器或傅里叶变换的方法,内部存在精密的移动部件,制造难度大。使用硫系玻璃IG2和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料,研究了这两种材料的均匀随机分布方法,以两种材料折射率变化的差异为基础构筑了无序散射结构,结合散斑计算重组的方法设计了一种量程和分辨率可变的小型红外光谱仪系统,结构简单、稳定,无移动部件,可通过不同波长的标定光来确定该系统的量程和分辨率。利用Tracepro软件,采用不同的光源输入进行了标定,用模拟的黑体辐射作为测试输入,光谱仪系统在1~10.9μm光谱范围内能够实现0.1μm分辨率,在1000~2000 nm光谱范围内能够实现10 nm分辨率。采用六阶多项式对测量结果进行了拟合,拟合曲线的最大相对误差为5.32%,可满足煤矿、食品、药物等多方面的应用。

Ga_(2)S_(3)-Sb_(2)S_(3)-Ag_(2)S硫系玻璃和光纤的制备及性能研究

本工作确定了一种新型的Ga_(2)S_(3)-Sb_(2)S_(3)-Ag_(2)S硫系玻璃体系的玻璃形成区,研究了玻璃的热稳定性和光学性能、稀土离子掺杂玻璃的中红外发光特性以及玻璃的成纤性能,评估了该玻璃在中红外波段的应用潜力.实验结果表明,Ga_(2)S_(3)-Sb_(2)S_(3)-Ag_(2)S体系的玻璃形成区为~10%—30%Ga_(2)S_(3),~60%—80%Sb_(2)S_(3)和~0—15%Ag_(2)S(均为摩尔分数);该玻璃具有较宽的红外透过范围(~0.8—13.5μm)、较高的线性折射率(~2.564—2.713@10μm)和较大的三阶非线性折射率(~9.7×10^(-14)—15.7×10^(-14)cm^(2)/W@1.55μm);使用1.32μm激光抽运,稀土离子Dy^(3+)在该玻璃中表现出较强的2.91μm和4.41μm中红外发射,发射量子效率分别达76.6%和70.8%;拉制的20Ga_(2)S_(3)-75Sb_(2)S_(3)-5Ag_(2)S:Dy^(3+)(质量分数为0.05%)/20Ga_(2)S_(3)-70Sb_(2)S_(3)-10Ag_(2)S (纤芯/包层)光纤在2—8μm具有良好的传输性能,最低损耗为~3.5 dB/m (@5.7μm).这些优异的性能使得该玻璃或光纤有望应用于红外热成像、非线性光学、中红外光纤激光器等领域.

As_(40)Se_(60)硫系玻璃基底薄膜制备与应力分析

硫系玻璃是一类优秀的红外光学镜片材料,但其热膨胀系数较大,与Si、Ge等红外光学材料相比,硫系玻璃镜片在镀膜过程中产生的残余应力较大,镀膜后面形变化较大。研究膜层中应力并优化应力的控制方法,可以提高薄膜的力学性能。本文通过测量在As_(40)Se_(60)硫系玻璃上镀膜前后基底的变化量来研究基底上不同材料膜层的残余应力情况,同时使用ANSYS软件对As_(40)Se_(60)/ZnS/Ge/ZnS/Ge/ZnS/YbF_(3)/ZnS红外光学镜片膜系结构的热应力进行理论计算与仿真,验证了模型的合理性。分析了膜系结构中热应力在轴向与径向分布情况,结果显示:轴向热应力主要集中在膜层部分,表面膜层的热应力最大;径向热应力呈均匀分布,在边缘发生突降。分析了最外层保护膜的热应力与沉积温度、相邻膜层、不相邻膜层和基底的关系,结果表明:沉积温度在110℃到200℃的范围内,保护膜的热应力与沉积温度成正比;相邻膜层和不相邻膜层的厚度和材料均不影响保护膜的热应力;基底的厚度会对保护膜的热应力产生影响。

硫系化合物在相变存储器中的应用概述

相变存储器具有非挥发性、存储密度高、循环寿命长、元件尺寸小、功耗低、抗辐射干扰等诸多优点,被认为是最具潜力的下一代存储器。硫系化合物材料在电压驱动下,可在高阻态和低阻态之间可逆转换,这一特性使之作为相变存储和阈值开关材料广泛地应用于相变存储领域。本文简要介绍了硫系化合物材料特性及作为相变存储和阈值开关材料的工作原理,综述了近年来硫系化合物在相变存储和阈值开关领域的应用、材料研究进展,展望了硫系化合物材料在相变存储领域的研究和发展趋势。

硫系电解液添加剂对镍钴锰酸锂//石墨锂离子电池性能的影响

本工作系统研究了6种添加剂[碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、硫酸乙烯酯(DTD)、1,3-丙二醇环硫酸酯(PCS)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙烯磺酸内酯(PST)]对镍钴锰酸锂(NCM111)//石墨体系锂离子电池电化学性能的影响,通过对比首次充放电效率、放电容量、倍率特性、低温放电能力、高温存储性能以及循环寿命等发现:VC在各方面性能比较均衡,碳碳双键(C=C)能够改善成膜特性,循环性能优异,可独立使用;ES在化成、循环和存储过程中因电解液持续分解而胀气,无法单独使用;硫酸酯添加剂(DTD和PCS)能够明显降低阻抗并提升低温性能,但高温性能稍差;磺酸内酯添加剂(PS和PST)对抑制高温胀气效果突出,含有双功能基团的PST循环性能及抑制电压衰减的能力优于PS,但低温阻抗较高。综合对比发现,单组分硫系添加剂在某些性能方面有自己的特色,但也存在显而易见的缺陷,无法独立使用。通过与VC进行等比例复配,硫系添加剂循环性能差的问题得以解决,而高首效、低内阻、大倍率和高温稳定性等特色功能得以保持,二元联用后的综合性能显著优于单组分添加剂,采用添加剂联用方式来改善电池综合性能是较佳选择。

红外梯度折射率GeS_(2)-In^(2)S_(3)-CsCl硫系微晶玻璃制备与性能研究

梯度折射率红外成像系统可在保持成像性能的基础上,极大降低系统的尺寸、质量和成本,有望推进红外成像系统向轻小型发展。然而,目前没有可用的红外梯度折射率光学材料。本文基于65GeS_(2)-25In_(2)S_(3)-10CsCl硫系玻璃,利用梯度温度场热诱导析出轴向梯度分布的β-In_(2)S_(3)纳米晶体,制得梯度折射率透明硫系微晶玻璃。结果表明:析出的β-In_(2)S_(3)晶体为不同晶面取向纳米晶组成的多晶结构,尺寸约为25 nm,且晶体尺寸、数量与梯度温度场密切相关;制得的梯度折射率硫系微晶玻璃仍保持良好的长波红外透过率,且其10μm处最大折射率差Δn达0.047。

钙硫系易切削齿轮钢夹杂物研究及应用

某公司采用130 t EAF-LF-RH-CC工艺路线冶炼钙硫系易切削齿轮钢817M40QT(出口德国),通过控制钢水纯净度、夹杂物形态组成、精准钙处理、精炼渣系控制、连铸防卷渣防氧化控制,实现由连铸替代模铸,并具备钙硫系易切削齿轮钢连浇8炉以上能力,且钢中的夹杂物水平能控制在:A类(细系/粗系):1.5/1.5;B类(细系/粗系):0.5/0.5;C类(细系/粗系):0/0;D类(细系/粗系):1.0/0.5,满足高纯净度要求。

硫系Ge-As-S玻璃和薄膜的特性

用差热分析、Ｘ射线衍射分析和透射光谱分析等手段研究了硫系 Ｇｅ－Ａｓ－Ｓ玻璃和薄膜的 性能 结果表明．Ｇｅ－Ａｓ－Ｓ体系的成玻能力较强．在空气中自然冷却就能成玻．其（Ｔｇ－Ｔｃ）／Ｔｇ值为 ０．１２７～０．２８９．经激光辐照Ｇｅ－Ａｓ－Ｓ玻璃薄膜的透射光谱曲线向短波方向移动．且平移的大小随激 光功率的增加而增加，薄膜的透射光谱线的平移表明激光辐照导致薄膜光致结构变化，利用电子束辐射极 化，通过Ｍａｋｅｒ条纹测试方法在Ｇｅ－Ａｓ－Ｓ玻璃中观察到二次谐波。

新型低碳硫系易切削钢切削性能试验

以几种最新开发的低碳高硫易切削钢材料为对象,通过对材料显微组织的分析得出其主要元素对材料中硫化物夹杂的形状、大小、分布的影响规律。系统研究车削过程中切削力、刀具磨损、工件表面粗糙度、切屑变形和断屑性能,揭示了新型易切削钢的切削机理及各元素对材料可加工性的影响规律。试验结果表明,硫化物夹杂长宽比小、形状大、分布均匀,并且密集的材料切削加工性能好;材料中硫元素质量分数增加可以提高刀具寿命;采用Al、Si进行脱氧时应合理控制其质量分数,脱氧剂使用过多不仅对硫化物形态的控制不利而且容易形成很多氧化物硬质点,加剧刀具磨损并降低加工表面粗糙度。研究结果对完善材料切削性能评价体系和开发新型易切削钢材料具有重要价值。