范玉 1,2赵宇红 1,***张洪明 2,*吕波 2,3,**[ ... ]孙波 1,2
作者单位
摘要
1 南华大学 电气工程学院衡阳 421001
2 中国科学院合肥物质科学研究院 等离子体物理研究所合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院合肥 230031
4 合肥师范学院 物理与材料工程学院合肥 230601
开展托卡马克等离子体中杂质输运与杂质控制研究对于提升等离子体约束性能与保障装置安全有重要意义。为了在EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)托卡马克装置上开展杂质输运研究,需要发展一套用于注入示踪杂质粒子的激光吹气(Laser Blow-off,LBO)微量杂质注入系统。本文描述了一种用于EAST托卡马克装置上LBO系统的控制系统设计过程与测试结果。该系统采用了全新的自动控制流程,使得系统可以重复、定量地向EAST等离子体注入不同元素的示踪杂质粒子。该设计通过STM32单片机系统实现对聚焦透镜位移、激光器被触发时刻的准确控制,且激光光斑直径可调,以改变杂质注入量。测试结果显示,系统能快速检测到外触发信号并实现精确定时,激光光斑聚焦位置误差小于0.40 mm,达到激光吹气杂质注入实验要求。本研究对在EAST装置上开展等离子体杂质输运研究具有重要意义。
激光吹气杂质注入系统 杂质输运 STM32 控制系统 Laser blow-off impurity injection system Impurity transport STM32 Control system 
核技术
2023, 46(12): 120402
赵鹏 1,2,*宋建军 3张微 1,2承刚 1,2[ ... ]黄存新 1,2
作者单位
摘要
1 北京中材人工晶体研究院有限公司,北京100018
2 中材人工晶体研究院有限公司,北京100018
3 内蒙古晶环电子材料有限公司,呼和浩特010000
为保障我国相关**重大工程对低吸收蓝宝石晶体材料的需求,本文通过自主研制的晶体生长设备,成功生长了低吸收蓝宝石晶体。该晶体在紫外、可见光、近中红外波段展现出了良好的透过率,波长250~400 nm的透过率大于83%,波长400~4 200 nm的透过率超过85%。在晶体不同区域进行取样表征测试,得到晶体的平均位错密度为253.19 cm-2,摇摆曲线对称且峰形尖锐,半峰全宽为14″。此外,值得注意的是,晶体在1 064 nm处的光吸收系数均在(23.3~30.4)×10-6 cm-1,表明晶体内部的杂质元素得到有效控制,晶体光学性能优异,可用于高能激光系统、空间相机镜头等应用场景。
低吸收 泡生法 杂质元素 光吸收系数 透过率 位错密度 low absorption Kyropoulos method impurity element light absorption coefficient transmittance dislocation density 
人工晶体学报
2023, 52(12): 2203
周振翔 1,2,*陈宁 3李丹 1,2石爽爽 1,2[ ... ]魏华阳 4
作者单位
摘要
1 北京中材人工晶体研究院有限公司,北京100018
2 中材人工晶体研究院有限公司,北京100018
3 宁波大学物理科学与技术学院,高压物理科学研究院,宁波315211
4 中材人工晶体研究院(山东)有限公司,济南250200
采用物理气相传输(PVT)法通过同质外延生长获得14 mm×12 mm的AlN单晶样品。对样品进行切割、研磨、化学机械抛光处理后,采用拉曼光谱仪、高分辨X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、光致发光光谱仪对样品进行测试表征。拉曼测试结果表明,晶体中心区域的拉曼光谱E2(high)声子模的半峰全宽为3.3 cm-1,边缘区域E2(high)声子模的半峰全宽为4.3 cm-1,晶体呈现较高的结晶质量。XRD摇摆曲线表征结果显示,外延生长后的晶体中心和边缘区域的摇摆曲线半峰全宽增大至100″和205″,表明晶体内存在缺陷。XPS测试结果表明,晶体内存在C、O、Si杂质元素,杂质的原子数分数分别为0.74%、1.43%、2.14%,晶体内发现以氧杂质为主的Al—O、N—Al—O等特征峰。光致发光光谱测试结果显示,晶体内存在VAlON复合缺陷和VAl点缺陷。
氮化铝 物理气相传输法 半峰全宽 杂质 缺陷 AlN physical vapor transport method FWHM impurity defect 
人工晶体学报
2023, 52(12): 2196
Tianjiang He 1,2Suping Liu 1,*Wei Li 1,2Li Zhong 1,2[ ... ]Zhennuo Wang 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Research Center for Optoelectronic Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Optoelectronics, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Output power and reliability are the most important characteristic parameters of semiconductor lasers. However, catastrophic optical damage (COD), which usually occurs on the cavity surface, will seriously damage the further improvement of the output power and affect the reliability. To improve the anti-optical disaster ability of the cavity surface, a non-absorption window (NAW) is adopted for the 915 nm InGaAsP/GaAsP single-quantum well semiconductor laser using quantum well mixing (QWI) induced by impurity-free vacancy. Both the principle and the process of point defect diffusion are described in detail in this paper. We also studied the effects of annealing temperature, annealing time, and the thickness of SiO2 film on the quantum well mixing in a semiconductor laser with a primary epitaxial structure, which is distinct from the previous structures. We found that when compared with the complete epitaxial structure, the blue shift of the semiconductor laser with the primary epitaxial structure is larger under the same conditions. To obtain the appropriate blue shift window, the primary epitaxial structure can use a lower annealing temperature and shorter annealing time. In addition, the process is less expensive. We also provide references for upcoming device fabrication.
catastrophic optical damage primary epitaxial structure impurity-free vacancy disordering quantum well intermixing non-absorption window 
Journal of Semiconductors
2023, 44(10): 102302
作者单位
摘要
1 北京科技大学新材料技术研究院, 北京 100083
2 湘潭大学材料科学与工程学院, 湘潭 411105
金刚石以高导热率、强抗辐射性、高的电子迁移率等优异性能, 成为辐射探测器最合适的材料之一。探测器级的金刚石要求具有极低的杂质含量及位错密度等, 然而实际过程中同时实现杂质和位错的控制十分困难。本研究采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法, 通过前期的参数优化, 在最佳生长温度780 ℃、最佳甲烷浓度5%条件下, 在两个高质量高温高压(HPHT)金刚石衬底样品上进行了MPCVD金刚石生长, 并对衬底和生长层的氮杂质含量与缺陷结构进行了综合表征与分析。电子顺磁共振谱结果表明, 相比两个HPHT衬底样品的氮杂质原子百分数分别为7.1×10-6%和4.04×10-6%, MPCVD生长层的氮杂质原子百分数明显减少, 分别为2.1×10-7%和5×10-8%。由X射线摇摆曲线和白光形貌术测试结果发现, 尽管MPCVD生长过程中引入了部分位错, 使生长层应力增加, 畸变区域较多, 但总体位错与高质量衬底为同一数量级。本研究制备的高纯单晶金刚石有望应用于核辐射探测及半导体领域。
单晶金刚石 氮杂质 位错 白光形貌术 电子顺磁共振 single crystal diamond nitrogen impurity dislocation white light topography electron paramagnetic resonance 
人工晶体学报
2023, 52(11): 1931
作者单位
摘要
1 北京建筑大学土木与交通工程学院,建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室,北京 100044
2 北京生态家园科技集团有限公司,北京 102628
磷石膏中不同氟杂质对硬化石膏浆体微观结构和性能的影响不同。本文通过凝结时间、原位水化热、离子浓度测试、力学性能测试、压汞测试、X射线衍射分析、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜等测试手段,系统研究了四种氟杂质(CaF2、NaF、Na2SiF6和Na3AlF6)对建筑石膏水化进程、微观结构和力学性能的影响。结果表明,可溶性氟杂质会促进建筑石膏水化,表现出一定的促凝效果,氟杂质溶解度越高,对建筑石膏水化进程的促进效果越显著(NaF>Na3AlF6>Na2SiF6),难溶的CaF2对建筑石膏的水化进程基本没有影响。但是水化速度过快易造成浆体过早硬化,使一些建筑石膏不能及时水化,在后续缓慢水化过程中逐渐生长成板状晶体,使硬化浆体的孔隙率增加,从而导致硬化石膏浆体的力学性能变差。本研究为磷石膏在建材产品中的高效利用提供一定指导。
磷石膏 氟杂质 石膏水化 微观结构 孔隙率 力学性能 phosphogypsum fluorine impurity gypsum hydration microstructure porosity mechanical property 
硅酸盐通报
2023, 42(9): 3248
沈雪华 1,2,*颜枫 1,2王鹏举 1谢丰 1[ ... ]张作泰 1,2
作者单位
摘要
1 南方科技大学环境科学与工程学院,广东 深圳,518055
2 深圳市城市固体废弃物资源化技术与管理重点实验室,广东 深圳,518055
H2S杂质对固态胺吸附剂吸附CO2性能的干扰机制还缺少全面研究。以Al2O3为载体负载聚乙烯亚胺(PEI)制备铝基固态胺吸附剂(PEI@Al2O3),系统探究了H2S对其CO2吸附容量、吸附速率和循环吸附性能的影响规律。结果表明:H2S与CO2共存时,会相互抢占吸附剂上的胺基活性位点,从而发生竞争性吸附,但在模拟沼气条件(40% CO2+59.5% CH4+0.5% H2S)下,H2S的吸附竞争力远小于CO2,H2S吸附被抑制,且二者的最佳吸附温度不一致,在CO2最佳吸附温度下,PEI@Al2O3的CO2吸附容量和循环稳定性均不受H2S干扰。
硫化氢杂质 干扰机制 铝基固态胺吸附剂 二氧化碳吸附性能 hydrogen sulfide impurity interference mechanism aluminum-based solid amine adsorbent carbon dioxide adsorption performance 
硅酸盐学报
2023, 51(9): 2206
Wenyun Du 1,2Meiping Zhu 1,2,3,4,*Jun Shi 1,2,3Tianbao Liu 1,2[ ... ]Jianda Shao 1,2,3,4
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Thin Film Optics, Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou, China
4 CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai, China
The laser-induced damage threshold (LIDT) of plate laser beam splitter (PLBS) coatings is closely related to the subsurface absorption defects of the substrate. Herein, a two-step deposition temperature method is proposed to understand the effect of substrate subsurface impurity defects on the LIDT of PLBS coatings. Firstly, BK7 substrates are heat-treated at three different temperatures. The surface morphology and subsurface impurity defect distribution of the substrate before and after the heat treatment are compared. Then, a PLBS coating consisting of alternating HfO2–Al2O3 mixture and SiO2 layers is designed to achieve a beam-splitting ratio (transmittance to reflectance, s-polarized light) of approximately 50:50 at 1053 nm and an angle of incidence of 45°, and it is prepared under four different deposition processes. The experimental and simulation results show that the subsurface impurity defects of the substrate migrate to the surface and accumulate on the surface during the heat treatment, and become absorption defect sources or nodule defect seeds in the coating, reducing the LIDT of the coating. The higher the heat treatment temperature, the more evident the migration and accumulation of impurity defects. A lower deposition temperature (at which the coating can be fully oxidized) helps to improve the LIDT of the PLBS coating. When the deposition temperature is 140°C, the LIDT (s-polarized light, wavelength: 1064 nm, pulse width: 9 ns, incident angle: 45°) of the PLBS coating is 26.2 J/cm2, which is approximately 6.7 times that of the PLBS coating deposited at 200°C. We believe that the investigation into the laser damage mechanism of PLBS coatings will help to improve the LIDT of coatings with partial or high transmittance at laser wavelengths.
laser-induced damage threshold nodule defect plate laser beam splitter subsurface impurity defect 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(5): 05000e61
作者单位
摘要
1 电磁空间安全全国重点实验室,天冿 300308
2 电子科技大学 物理学院,成都 610054
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
改进了描述光学材料强激光损伤的吸收波前模型,在原有模型的基础上引入了杂质缺陷吸收项,并将一维形式推广到了三维。利用改进后的吸收波前模型,数值模拟了红外单晶硅光学材料在波长1064 nm皮秒激光辐照时杂质源(以金属铁为例)附近材料的温度、损伤半径及损伤阈值等变化情况,并分析了光学材料初始温度对损伤阈值的影响规律。数值结果显示:(1)与传统的热传递模型不同,在损伤阈值附近,激光场能量密度从低于损伤到达到(或超出)损伤的微小变化导致温度场的巨大变化;(2)达到损伤能量密度后,杂质附近的最高温度及利用吸收波前表征的材料损伤半径随着辐照能量密度的增加近似线性增长;(3)激光损伤阈值随着材料初始温度的增加而降低。研究结果表明改进后的吸收波前模型可以较好地描述光学材料的杂质缺陷诱导强激光损伤:相比于传统的热超导模型,吸收波前模型可以更合理的表示损伤阈值附近温度场的突变,并可定量分析杂质诱导光学材料的强激光损伤尺寸。另外对单晶硅吸收波前模型的研究还显示提升材料的初始温度可以有效降低材料的强激光损伤阈值,这为提升光电对抗中光电探测器的激光损伤效率提供了一种思路。
杂质缺陷 光学材料 单晶硅 吸收波前模型 强激光损伤 impurity defect optical materials monocrystalline silicon absorption front model laser induced damage 
强激光与粒子束
2023, 35(7): 071004
王栋浩 1,2,3,4,*寇华敏 3邵冲云 5姜大朋 3[ ... ]苏良碧 1,2,3,4
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学稀土学院, 合肥 230026
2 中国科学院赣江创新研究院, 赣州 341000
3 中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 201899
4 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
5 4.中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
氟化钙晶体的抗γ射线辐照性能是其在太空应用的关键性能之一。本文报道了痕量La杂质对氟化钙晶体γ辐照诱导色心的影响。主要采用吸收光谱、电子顺磁共振(EPR)等手段对辐照前后存在不同痕量La杂质的氟化钙晶体进行研究。结果表明, 辐照后的氟化钙晶体产生多个色心吸收带, 且吸收带的吸收系数随辐照剂量和La杂质浓度增加而增加。EPR证实这种吸收带的形成是由氟化钙晶体中F心引起的, 而La3+的存在影响氟化钙晶体F心的稳定性和光谱位置, 本文提出了La3+与氟化钙晶体中F心存在的可能机制。
CaF2晶体 色心 γ辐照 La杂质 痕量 CaF2 crystal color center γ-irradiation La impurity trace 
人工晶体学报
2023, 52(4): 571

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