二氧化碲晶体及其在红外器件中的应用研究进展

二氧化碲(TeO2)晶体同时具有优异的声光性能和高自然丰度的130Te双b衰变性能,既可用于高性能声光器件,也可用于中微子与暗物质研究。近年来,这两方面的应用都对TeO2晶体的尺寸和质量提出了更高要求。本文简要介绍了TeO2晶体的结构与物理性能,综述了大尺寸、高质量TeO2晶体制备的研究进展以及该晶体在红外器件中的应用进展,最后展望了TeO2晶体的制备与应用趋势。

利用相切条件研究TeO_2晶体反常声光衍射几何关系

利用相切条件推出了计算TeO2晶体反常声光衍射几何关系的方程,给出了zt平面内光波矢量的入射角和衍射角、超声极值频率、声光优值等参数随超声离轴角而变化的曲线.该计算方法比传统的求解Dixon方程的方法更简捷和精确.计算结果表明,TeO2反常声光器件的中心频率存在最小阈值;对于相同的中心频率,+1级衍射状态优于-1级衍射状态.为了设计器件的方便,还列出了中心频率在200MHz以下 TeO2反常声光器件的各设计参数及性能参数.

TeO_2晶体旋光性对其分光特性的影响分析

TeO2是声光可调滤波器主要成像晶体,由于晶体本身在分光成像时会产生色差,漂移等问题,文中从基础理论出发,研究了TeO2晶体的旋光性对其作为声光可调滤波器时分光特性的影响,进而对其基本参数作了优化。首次对比分析了I.C.Chang理论体系与P.A.Gass修正理论体系,通过对比分析方法,得出在红外波段,两种理论体系对于超声波频率协调关系的计算结果差异较大,作者认为是I.C.Chang理论忽略晶体旋光特性所引起,因此,以P.A.Gass理论作为基础的声光可调滤波器设计方法适用于红外波段,当入射光极角小于30°时,其旋光特性对分光性能的影响较小。通过对比分析可知,设计的入射光极角应小于54.7°,这样可以保持较高的声光优值和较低水平的超声波频率;在红外波段,设计的入射光极角应小于39.2°,两频率协调关系偏差Δf较小。

用热应力法研究二氧化碲晶体表面连接层材料的特性

以声光晶体TeO_2为衬底,设计并研制了1 300~3 400nm波段超宽带减反射膜.从薄膜热应力理论出发,建立膜层热应力受力示意图,结合TeO_2晶体的特性和力矩判定方法,采用解析法逆向计算分析薄膜材料的热膨胀系数及杨氏模量.实验验证表明：所制备的膜层附着力在1300~3400nm波段平均透过率为96.8%;在相同工艺条件下,采用连接层所制备的薄膜附着力更好,可以解决脱膜问题,满足相应的附着力检测要求.

光谱探测中的超宽带减反射膜

设计并研制了基于声光晶体的1 300-3 400nm波段超宽带减反射膜.运用电子束真空沉积系统,采用双材料共蒸发技术,解决了膜系设计时所需材料的折射率匹配和相应波段膜层吸收的问题,吸收在工作波段减少到0.7%.在共蒸发过程中,先沉积蒸发速率不稳定的材料,待蒸发速率稳定后,同时沉积另一种蒸发速率较稳定的材料,可提高共蒸发时两种材料的质量配比准确度从而获得所需要的折射率.制备的薄膜在所需波段平均透射率大于96%,薄膜满足相应的环境检测要求.

TeO_2超声跟踪反常声光偏转器的优化设计

建立起TeO2晶体在tz平面内o→e模式的Dixon方程,并求解得到适合超声跟踪所需要的声离轴角-频率(aθ-f)曲线。提出了一种新的反常声光偏转器超声跟踪优化设计方法,在保证频带均匀性的基础上,尽量扩大带宽,并使用该方法对TeO2反常声光偏转器进行了优化设计。将跟踪与非跟踪的设计结果进行了分析对比:当两者都达到倍频程相对带宽时,跟踪比非跟踪的相对长度增加了34.7%;当两者都满足进入布喇格区条件时,跟踪比非跟踪的相对带宽提高了9.1%。说明超声跟踪可缓解带宽与衍射效率、带宽与进入布喇格区之间的矛盾。为满足不同中心频率器件的设计要求,给出了入射角随截止频率的变化关系。

Bridgman法生长TeO_2晶体的缺陷分析(英文)

采用Bridgman法生长了二氧化碲(TeO2)晶体,运用光学显微镜、电子衍射光谱、化学腐蚀等方法分析了该方法生长TeO2晶体内部的缺陷。初步讨论了散射点、微裂纹、气泡和黑点、条纹以及腐蚀坑等微缺陷的形成机理。结果表明:晶体内部的散射点来自于原料中杂质,条纹主要是由于晶体内应力引起,晶体内的气泡和黑点和晶体生长的温度密切相关,并就如何减少这些微缺陷进行了初步探讨。

TeO_2-B_2O_3-BaO系统玻璃的形成区及其析晶行为

利用淬冷法、差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱研究了TeO2-B2O3-BaO玻璃的形成区和析晶行为。结果显示二元系统容易析出晶体,如γ-TeO2、α-TeO2、BaTe4O9和BaTe2O5等,而三元系统玻璃有较宽广的玻璃形成范围和较强的抗析晶能力,适用于碲酸盐玻璃光纤的皮料。

TeO_2晶体位错腐蚀形貌与晶体对称性

用化学腐蚀的方法研究TeO2晶体(110)面和(001)面位错蚀坑的形貌,结合晶面极图,并运用对称群理论进行分析论证,理论分析与实验结果相一致.实验结果同时显示,TeO2晶体位错腐蚀坑面由{110}面族构成,即{110}面族是晶体的习性面.

二氧化碲晶体混合低温等离子体表面改性技术制备光学薄膜

由于二氧化碲(TeO2)晶体具有优良的声光特性,因此广泛应用于声光可调滤波器。本文以TeO2为衬底设计并研制了1300 nm^3400 nm波段超宽带减反射膜。但是由于TeO2晶体各向异性,从而导致膜层牢固度差,无法满足使用要求。文章采用混合低温等离子体表面改性技术来提高超宽带减反射光学薄膜在TeO2表面沉积的牢固度,通过实验验证,在相同薄膜沉积条件下,采用混合低温离子体处理过的TeO2薄膜附着力更好。有效解决TeO2表面薄膜附着力差的问题,满足附着力检测要求。

Li2O含量对碲系玻璃温度及析晶性能的影响

通过DTA研究了TeO2-PbO-B2O3-Bi2O3-Li2O系统玻璃中TeO2、PbO物质的量比变化对玻璃转变温度（Tg）的影响,重点研究了n（TeO2）∶n（PbO）=2∶1条件下Li2O含量对玻璃转变温度的影响,并采用IR和XRD对玻璃的结构和析晶性进行了分析。结果表明：随着Li2O含量（2.7%-6.6%,摩尔分数）的增加,Tg呈N型变化趋势,当Li2O为2.7%（摩尔分数）时,Tg为最低值（300℃）。碲系统玻璃中形成了[TeO4]三角双锥体结构,它与[BO4]、[BiO6]等多面体共同构成了玻璃的三维网络结构,该玻璃经热处理后易形成Bi2TeO5晶体而会影响Tg。

Devitrification of TeO_2-doped Fluoroaluminate Glass

Crystallization behavior of the glass system AlF3-MgF2-CaF2-SrF2-BaF2-YFa-TeO2 （AMCSBY-TeO2） was studied by the nonisothermal method using differential thermal analysis. The activation energy E and Avrami exponent g were determined by nonisothermal method. It is found that the value of E varies with increasing TeO2 and reaches a minimum at 10 mol fraction TeO2, while g decreases from 3.65 to 1.78 with the addition of TeO2. X-ray diffraction shows that Ba2TeaOs, MgTe205, and SrTeOa phase formed when the glasses were reheated. The addition of TeO2 changes the crystallization mechanism and improves the stability of the fluoroaluminate glass.

铅钒碲系统易熔玻璃的研究

铅钒碲系统易熔玻璃由基础玻璃与低膨胀填料均匀混合制得。首先从结晶化学的角度分析了ZnO、Bi2O3等氧化物对基础玻璃析晶性能的影响,V O双键中的非桥氧可能与之形成配键,形成较大的离子集团,降低了V5+的迁移能力,使玻璃的析晶能力下降;其次介绍了低膨胀填料钙钛酸铅与基础玻璃的混合比例对该系统玻璃热膨胀系数的调整,随着比例的提高,易熔封接玻璃的膨胀系数降低,当混合比例为35∶75时,膨胀系数由125×10-7/℃,降至70×10-7/℃。

Dy^(3+)掺杂TeO_2单晶的生长及其发光性能研究

通过坩埚下降法成功生长出直径为1inch、等径部分长度达到7cm的掺0.2mol%Dy^(3+)的TeO_2晶体,该晶体主体部分无色透明、无裂纹、无明显包裹物,但后半部有裂痕,且有灰白色析出物,在可见光波段透过率约为70%。测试了TeO_2:Dy晶体的荧光光谱,观察到了Dy^(3+)离子外层4f电子能级跃迁产生的特征激发峰和吸收峰,并给出了简单的能级跃迁发光机理图。结果表明,它在363nm近紫外光激发下,能够发射中性白光,在348nm和387nm近紫外光、453nm蓝光激发下,能够发射稳定的暖白光,从而实现通过改变激发光波长调节该晶体发射不同的白光。因此,TeO_2:Dy是一种能够实现可调谐白光发射的荧光单晶候选材料。