1 扬州大学 电气与能源动力工程学院, 江苏 扬州 225000
2 扬州大学 物理与科学技术学院, 江苏 扬州 225002
钙钛矿材料具有优异的光学性能和较高的载流子迁移率，成为空间太阳能电池领域极具竞争力的材料。然而空间粒子辐照容易改变材料结构和光学性能，导致其性能下降。为了探究电子辐照对CsPbBr3材料结构与光学特性的影响规律，本文开展了CsPbBr3材料电子辐照实验，利用高分辨透射电子显微镜表征CsPbBr3纳米晶微观形貌，并通过X射线衍射分析和X射线光电子能谱分析进一步探究晶体结构的变化趋势。研究发现：电子辐照后CsPbBr3纳米晶形貌变得粗糙，尺寸明显减小，并且纳米晶在高剂量电子辐照下变得紧凑，形成纳米团簇。其次，通过稳态紫外-可见吸收光谱图与光致发光谱图表征CsPbBr3材料的光学性能，并利用第一性原理计算分析辐照后晶格膨胀带来的带隙变化。研究证明电子辐照后纳米晶颜色加深，影响钙钛矿的透光率，进而增强了样品对光的吸收性能，同时电子辐照能够分解CsPbBr3纳米晶，特别是高剂量辐照后其光致发光性能降低了53.7%～78.6%。本文研究结果为钙钛矿纳米晶空间辐射损伤机理及应用研究提供了数据支撑。
CsPbBr3钙钛矿 电子辐照 晶体结构 光学性能 CsPbBr3 perovskite electron radiation crystal structure optical properties
1 兰州交通大学国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心，甘肃 兰州 730070
2 兰州交通大学聚光太阳热能产业关键技术与装备省部共建协同创新中心，甘肃 兰州 730070
3 甘肃省太阳能光热产业研究院，甘肃 兰州 730070
线性菲涅耳聚光系统采用柱面反射镜可提高聚光能力。本文提出一种柱面反射镜曲率半径的优化计算方法，建立了通用计算模型，详细分析了反射光线横向偏移的变化规律、系统瞬时光学效率和能流均匀性等。研究结果表明，柱面反射镜的最佳曲率半径与其宽度几乎没有关联，只需要考虑其与镜场中心的距离和系统有效工作时太阳横向入射角即可得到最佳值。通用计算模型所得的结果与数值精确计算的结果非常接近，最大偏差为1.26%，平均偏差为0.38%。在考虑柱面反射镜型面误差、跟踪误差和曲率半径误差的情况下，当横向入射角大于45°时，系统瞬时光学效率保持在59.46%以上。在聚焦平面的较小范围（相对距离为0.05~0.05）内，能流密度高且均匀性较好，适合布置光伏电池组件。
光学设计 线性菲涅耳 柱面反射镜 光学性能 能流分布
1 长春理工大学 材料科学与工程学院， 吉林 长春 130012
2 湖北新华光信息材料有限公司， 湖北 襄阳 441100
3 西南技术物理研究所， 四川 成都 610041
4 长春理工大学 光电功能材料教育部工程研究中心， 吉林 长春 130012
硼硅酸盐玻璃在探测领域作为闪烁基质材料具有天然的优势。本研究基于应用需求制备了Ce3+离子掺杂硼硅玻璃闪烁材料60B2O3?6SiO2?3Al2O3?5BaO?15Na2O?10La2O3?1Sb2O3。基于密度和FT?IR光谱对玻璃的结构进行了分析，结果表明加入的Ce3+离子作为网络修饰体存在。吸收光谱显示该材料紫外吸收边均低于400 nm、光学带隙缩短至2.93 eV，这些因素都有利于提升Ce3+离子在基质材料中的发光特性。采用306 nm泵浦波长，该材料在372 nm处得到了最佳的发射光谱。光学碱度随着Ce3+离子浓度的增加而增加（0.539 2~0.541 7）的现象与发射光谱的红移结果相吻合。荧光寿命短至24.39 ns，与其他Ce3+离子掺杂玻璃闪烁材料相比具有明显的优势。这些优势为检测领域提供了一种新的材料选择。
硼硅酸盐玻璃 Ce3+掺杂 光学性能 borosilicate glass Ce3+ doped optical performance
1 1.中国科学院 福建物质结构研究所, 福州 350002
2 2.中国科学院大学, 北京 100049
3 3.中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室), 福州 350108
4 4.韩国庆北国立大学智能建筑自动化中心, 大邱 41566, 韩国
采用Chzochralski方法成功生长了Dy3+掺杂的SrGdGa3O7晶体, 并对其结构和光学特性进行了详细研究。基于XRD数据, 采用Rietveld法优化了晶体的晶格参数。分析了Dy: SrGdGa3O7晶体的偏振吸收谱、偏振发射谱和荧光衰减曲线。在452 nm处, π偏振和σ偏振对应的吸收截面分别为0.594×10-21和0.555×10-21 cm2。计算得到的有效J-O强度参数Ω2、Ω4和Ω6分别为5.495×10-20、1.476×10-20和1.110×10-20 cm2。J-O理论分析和荧光光谱表明: 在452 nm激发下, Dy: SrGdGa3O7晶体4F9/2→6H13/2跃迁在可见光波段具有最高的荧光分支比和荧光强度, 在574 nm处的π和σ偏振发射截面分别为1.84×10-21和2.49×10-21 cm2。Dy3+: 4F9/2能级的辐射寿命和荧光寿命分别为0.768和0.531 ms, 量子效率为69.1%。研究结果表明: Dy3+: SrGdGa3O7晶体是一种潜在的可用于蓝光LD泵浦实现黄激光的材料。
晶体生长 Dy3+: SrGdGa3O7 光学性能 黄光发射 crystal growth Dy3+: SrGdGa3O7 optical properties yellow emission
1 浙江农林大学光机电工程学院, 浙江 杭州 311300
2 台州学院医药化工与材料工程学院, 浙江 台州 318000
3 浙江理工大学材料科学与工程学院, 浙江 杭州 310018
周期性纳米结构阵列因其独特的光学效应在新型传感技术领域具有巨大的应用潜力, 引起人们极大的兴趣。 其光学特性依赖于形貌和结构参数, 一般可通过调整这些参数来调控其光学性能, 而通过外加磁场调节其光学性能鲜有报道。 通过气液自组装法制备胶体晶体模板, 采用等离子体刻蚀技术实现了对胶体晶体模板结构尺寸的调控。 在此基础上, 结合磁控溅射技术合成了具有六角周期性排列的亚波长尺寸磁性Co纳米球阵列膜, 并研究了其在结构参数和外磁场作用下的光学性质。 通过紫外-可见-近红外光反射谱发现, 随着刻蚀时间从0 min增加到4.5 min, 在可见光波段, 光反射峰波长从512 nm蓝移到430 nm, 蓝移了82 nm, 峰强从10.69%降低到7.96%, 减弱了2.73%; 在近红外光波段, 光反射峰波长从1 929 nm蓝移到1 692 nm, 蓝移了237 nm, 峰强从10.92%降低到7.91%, 减弱了3.01%。 通过控制刻蚀的时间, 可实现对Co纳米球阵列膜光反射峰峰位和峰强的有效调控。 对未刻蚀和刻蚀的Co纳米球阵列膜施加一个垂直的外加磁场, 在外磁场作用下, 二者的光反射峰峰强均表现出不同程度的增强。 随着外加磁场的逐增, 未经刻蚀的Co纳米球阵列膜在近红外波段(1 938 nm)的光反射峰峰强从10.81% (0 Oe) 增加到16.56% (1 100 Oe), 增强了5.8%; 而经等离子体刻蚀后的Co纳米球阵列膜的近红外反射峰(1 921 nm), 其峰强从8.45% (0 Oe) 增加到16.74% (1 000 Oe), 增强了8.29%。 结果表明, 经等离子体刻蚀后的磁性Co纳米球阵列膜的反射光谱表现出更灵敏的外磁场响应。 基于近红外光反射峰最大值与外磁场强度的关系, 定性解释了外磁场对磁性Co纳米球阵列膜的光反射性能的影响: 对于未刻蚀的样品, 外磁场主要通过改变样品的磁有序, 从而影响其复折射率进而影响其光反射性能; 对于刻蚀后的样品, 除了外磁场对样品的磁有序产生影响从而影响其光反射率外, 还有诸如散射、 衍射等其他物理机制相互竞争的影响。 该研究为磁场动态调控材料的光反射性能提供了一种方法, 也为新型光学器件的研究提供了模型。
磁性Co纳米球阵列膜 等离子体刻蚀技术 磁控溅射技术 外磁场 光学性能 Magnetic Co nanosphere array film Plasma etching technology Magnetron sputtering technology External magnetic field Optical properties 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2037
1 1.景德镇陶瓷大学 材料科学与工程学院, 景德镇 333403
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
镨的倍半氧化物(Pr2O3)是合成荧光粉和激光增益介质的重要原料, 由于其易发生镨的变价并在空气中吸水而受到的关注较少。本研究采用不同表征手段研究在空气和在氩氢混合气氛下Pr6O11还原为Pr2O3的过程机理以及两种粉体的物相、微观形貌、粒度及价态等, 并进一步分析以上两种氧化镨的发光特性与镨的价态关系。结果表明: 两种气氛下氧化镨的相变过程显著不同, 还原性的Ar/H2气氛可以加快Pr6O11的还原过程, 在800 ℃即可得到Pr2O3。含Pr3+的Pr2O3除了导带到价带跃迁导致的紫外吸收外, 还存在因f→f跃迁引发的可见光波段的吸收, 而Pr6O11对波长超过320 nm的紫外-可见光有较强吸收, 这与Pr4+和氧之间电荷转移有关。Pr2O3的荧光发射光谱中的宽谱带显示Pr3+的4f5d轨道的最低能级在1S0之下, 同时含Pr4+的Pr6O11在404 nm处的荧光强度降低63%, 这归因于Pr3+/Pr4+之间的能量耗散。这种荧光性能的差异可用于含谱的高氧离子迁移率陶瓷或晶体中Pr的价态分析。本工作研究的Pr6O11到Pr2O3在不同气氛下的转变过程及相关机理性能, 有望推动Pr2O3在不同领域的应用。
Pr2O3 Pr6O11 光学性能 Pr2O3 Pr6O11 optical property
1 北京大学深圳研究生院新材料学院, 深圳 518055
2 深圳市东丽华科技有限公司, 深圳 518109
采用常规熔融退火和两步结晶法制备了具有不同ZrO2含量的Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)体系的高结晶度透明微晶玻璃。研究了LAS微晶玻璃的结晶动力学、相演变、微观结构和透光性能。结果表明, ZrO2含量增加到一定量时, 玻璃的析晶方式由一维生长逐渐变为二维生长, 其析晶放热峰Tp值逐渐升高, 而析晶活化能逐渐降低。通过控制热处理升温速率可实现玻璃中硅酸锂(Li2SiO3)、透锂长石(LiAlSi4O10)和二硅酸锂(Li2Si2O5)晶体的析出, 并且发现晶体由硅酸锂(Li2SiO3)向二硅酸锂(Li2Si2O5)转变时, 玻璃的透过率会增大。此外, SEM测试结果显示, 随着热处理升温速率的减小, 玻璃析出的晶体尺寸逐渐变大, 晶体形貌主要为球形晶体。
透明微晶玻璃 盖板玻璃 晶相转变 光学性能 析晶行为 transparent glass ceramics cover glass crystal transformation optical characteristic crystallization behavior
光机热仿真分析是预测光学系统光学性能及结构优化的有效手段，本文提出了一种基于有限元仿真分析软件COMSOL Multiphysics，耦合固体传热学、固体力学以及几何光学的多物理场耦合建模方法，实现了离轴四反光学系统的光机热一体化仿真，避免了传统的光机热仿真分析在不同软件间信息传递和转换的过程，提高了仿真的集成性。本文针对离轴四反光学系统构建其多物理场耦合仿真分析模型，分析了光学系统在不同温度条件下的结构变形和光学镜面变形，并通过光线追迹和点列图判断光学性能变化，为后续开展光学系统的优化提供了一种有效手段。
离轴四反光学系统 多物理场 光机热仿真 光学性能 off-axis four-mirror optical system, multi-physics COMSOL
广西大学物理科学与工程技术学院，南宁 530004
采用光学浮区法制备了不同Cr3+掺杂浓度的Cr∶Al2O3晶体，并根据需要制备了不同直径(2 mm至13 mm)的长度大于100 mm的圆柱状Cr∶Al2O3晶体。测量了在制备Cr∶Al2O3晶体不同阶段所获得的粉末料棒、陶瓷料棒和晶体的密度，分别为0.928、2.230和4.051 g/cm3。XRD图谱显示，Cr∶Al2O3晶体为α-Al2O3相。透射光谱表明，Cr∶Al2O3晶体可见光非特征吸收波段透过率大于80%。吸收光谱和光致激发光谱(监测669 nm 光)均显示，Cr∶Al2O3晶体在418及559 nm处有较强吸收带，分别对应Cr3+从4A2至4T1和从4A2至4T2的跃迁。以波长为559 nm的光激发Cr∶Al2O3晶体，其光致发射谱在669 nm处出现较强的发射峰；当Cr3+浓度较低时，发射峰强度随 Cr3+浓度的增加而增强，Cr0.006 0Al1.994 0O3的发射强度达到最大，然后随 Cr3+浓度增加而降低。
光学浮区法 光学性能 透射光谱 吸收光谱 光致激发光谱 光致发射光谱 Cr∶Al2O3 Cr∶Al2O3 optical floating zone method optical property transmission spectrum absorption spectrum photoluminescence excitation spectrum photoluminescence spectrum
