二氧化钒(VO2) 是一种典型的强关联电子材料, 当达到相变阈值时, 会可逆地从绝缘单斜相转变到金属金红石相, 这种相变主要通过温度、光照、电场、磁场、应力等激励条件激发。相突变可在亚皮秒时间尺度内发生, 并会伴随着光学透过率、折射率和磁化率等特性的显著变化，其中相变前后电阻率会发生 3～5 个数量级的变化, 这使得 VO2 在智能节能窗、光电探测、光电存储、光开关等领域有着重要的应用前景。首先介绍了 VO2 的相变机制, 主要有电子关联驱动、晶格结构驱动以及两者共同驱动, 接着重点介绍了利用超快时间分辨技术, 尤其是太赫兹时域光谱技术, 来研究 VO2 薄膜的相变动力学过程, 最后, 介绍了基于 VO2 薄膜的太赫兹调制器、太赫兹滤波器、太赫兹开关等领域的应用研究。

多腔窄带薄膜滤光片在倾斜入射时由于偏振光的中心波长会出现分离,会导致其偏振相关损耗迅速增加,严重影响光通信系统的性能。从理论上分析了斜入射时产生偏振相关损耗的原因,并提出了通过优化膜系的方法有效的实现了偏振光中心波长的对准,有效的降低了其通带内的偏振相关损耗。同时还提出了使用偏振分束器的方法,对单偏振光进行调制,在整个透射带内都实现了对偏振相关损耗的抑制。实验结果表明,两种消偏方式都能将窄带滤光片斜入射时的偏振相关损耗减小至0.2 dB 内,根据实际需要可以应用于不同的场合。

设计了一套利用白光干涉理论测量薄膜厚度的系统, 主要包括迈克耳孙白光干涉系统和光纤光谱仪。对干涉信号进行频域分析, 结合拟合测试与理论能量曲线的方法并选择合适的目标函数, 进一步精确反演得到待测薄膜样品的物理厚度, 使用上述方法对多组不同厚度的薄膜样品进行计算, 并对结果进行了详细的精度及误差分析。将本实验装置测试所得到的数据与传统的光度法相比较, 结果表明使用该测试方法测量光学薄膜物理厚度的误差可以小于1 nm。与传统的光度法和椭偏法相比, 提供了一种测量光学薄膜厚度的较为简单、快速的解决方案, 同时保证了较高的精度。

在广义梯度近似(GGA)下,利用超软赝势对真空条件下SrTiO3超晶胞的体系能量、原子间电子云重叠布局数和电子态密度等进行了自恰计算.结果显示,对有氧缺陷的超晶胞优化后,晶格参数的几何平均住增大了2.711%,这表明在高温条件下外延生长STO薄膜时,产生了氧缺陷,并且氧空位易处于薄膜表层;另外,表层氧缺陷健表层Ti原子明显的发生偏心位移,两个Ti原子的核间距由0.3905nm增大至0.4234 nm,b轴上的氧原子则向中心靠近了0.0108 nm、并沿‘轴方向上突了0.0027 nm,使SIO晶体产生自发极化,氧缺陷还使STO的电子态密度的能隙增宽了1.75 eV,达到2.48 eV,从而使STD晶体由顺电相转向铁电相.

采用离子束溅射在K9玻璃基底上沉积了不同厚度的Cu膜，利用Lambda－900分光光度计，测量了波长为310nm到1300 nm范围内Cu膜的反射率和透射率．选定波长为310、350、400、430、550、632、800、1200nm时对薄膜的反射率、透射率和吸收率随膜厚变化的关系进行研究．同时，对Cu膜的光学常量也进行了讨论．结果显示，Cu膜的光学特性都有明显的尺寸效应．将波长为550nm时的反射率和透射率随Cu膜厚度变化关系的交点对应厚度作为特征厚度，该厚度可认为是金属Cu膜生长从不连续膜进入连续膜的最小连续膜厚．根据这一特征判据，离子束溅射沉积Cu膜样品的最小连续膜厚为33 nm．利用原子力显微镜观测了膜厚在特征厚度附近时Cu膜的表面形貌．

为了对激光烧蚀沉积Ag薄膜生长率和环境气压关系进行定量解释,考虑烧蚀产物在惰性气体环境中的动力学过程以及薄膜生长的沉积和二次溅射过程,并假定二次溅射几率正比于入射粒子的动能,建立了激光烧蚀沉积纳米薄膜生长的动力学模型.定量地解释了T.Scharf等人在惰性气体He,Ne,Ar,Xe环境下烧蚀沉积Ag膜的实验结果,所出现偏差乃计及大颗粒所致.

采用XeCl准分子激光实现了碳化硅薄膜的脉冲激光晶化,对退火前后薄膜样品拉曼散射谱特征进行了分析,探讨了激光能量密度对纳米碳化硅薄膜结构和物相特性的影响.结果显示晶态纳米碳化硅薄膜的拉曼散射峰相对体材料的特征峰显著宽化和红移,并显示了伴随退火过程存在着硅和碳的物相分凝现象.随着激光能量密度的增大,薄膜的晶化度提高,晶化颗粒增大,而伴随的分凝程度逐渐减小.

以[CH/H2/Ar/H2S]为工作气体,采用辉光等离子体辅助化学气相沉积(CVD)技术,对掺硫金刚石薄膜的应力进行了研究,结果表明:在典型的掺硫金刚石薄膜制备工艺条件下,随着硫碳比的增加,总应力和本征应力星减小趋势,在硫碳体积比RS/C=4.2×10-3时,总应力有最大值23GPa;在R S/C=6.5×10-3时,本征应力可以抵消热应力,而使总应力的绝对值最小,在此条件下所合成的金刚石薄膜与衬底的附着性较好,有利于金刚石薄膜的稳定生长.分析认为金刚石薄膜的晶粒边界密度,sp2碳相等杂质分别是产生张力、压力的主要原因.

为满足高功率激光抽运中氙灯及其防护隔板玻璃宽谱增透的要求,采用提拉镀膜法在K9基片上通过溶胶-凝胶工艺镀制有机硅-SiO2双层宽谱增透膜系.在实验的基础上讨论了有机硅-SiO2双层膜系中膜厚的搭配以及膜系的宽谱增透特性.实验研究表明通过合理的膜层搭配和对镀膜参量的有效调控,有机硅-SiO2双层宽谱增透膜系在376～927nm连续波段内具有透射率大于98%的增透效果,激光损伤阈值大于20J/cm2(1064nm,4ns),且性能稳定,完全满足氙灯及其防护隔板上宽谱增透膜的要求.

采用溶胶-凝胶和离子注入复合工艺在氧化的Sio2/Si(100)基片上制备掺Er3+:Al2O3光学薄膜.900℃烧结,掺Er3+:Al2O3薄膜的相结构是γ-Al,Er)2O3和θ-(Al,Er)2O3的混合物.室温下测量不同注入剂量的掺Er3+:Al2O3光学薄膜的光致发光谱,均获得了中心波长为1.533 pm的发光曲线.900℃烧结制备掺EPr3+:Al23光学薄膜光致发光强度随着注入剂量从0.2×1016 cm-2增加到4×l016cm-2而逐渐增加.而1200℃烧结制备掺Er3+:Al2O3光学薄膜的光致发光强度随着掺杂浓度从0.2×1016 cm-2增加到4×1016grN-2先增加后减小.