鍺在吸收邊附近熱光系數(shù)的理論建模與測量.pdf

1、折射率和熱光系數(shù)是表征材料光學(xué)性質(zhì)重要的參量。作為常用的紅外光學(xué)材料，鍺在透明區(qū)光學(xué)性質(zhì)研究很成熟，但在吸收邊附近(1550nm附近，屬于近紅外區(qū))，它的折射率和熱光系數(shù)相關(guān)研究較少，論文仔細(xì)分析了鍺材料在吸收邊附近區(qū)域的光學(xué)吸收過程，指出本征吸收與激子吸收對吸收邊熱光效應(yīng)存在較大的影響；利用吸收系數(shù)和折射率的內(nèi)在聯(lián)系，建立鍺材料在吸收邊附近的熱光系數(shù)模型；并搭建實驗平臺實際測量了吸收邊附近區(qū)域鍺的熱光系數(shù)。
　　理論建模的具體思

2、路為：在吸收邊附近主要的吸收過程有本征吸收與激子吸收。本征吸收是由電子帶間躍遷引起的，包括帶間間接躍遷和帶間直接躍遷，建模時忽略帶間間接躍遷影響，只考慮躍遷概率較高的帶間直接躍遷，這一部分借助經(jīng)典的諧振子模型來描述。其中，按照對熱光系數(shù)貢獻(xiàn)的大小，帶間直接躍遷又分為 E0直接躍遷和其余直接躍遷。用簡單的拋物線能帶結(jié)構(gòu)來描述E0直接躍遷；其余直接躍遷對熱光系數(shù)的貢獻(xiàn)則用透明區(qū)的折射率模型來計算。鑒于所討論為吸收邊附近區(qū)域，論文重點(diǎn)討論激子

3、吸收對吸收邊附近熱光效應(yīng)的影響，采用wannier激子模型描述。嘗試建立wannier模型中變量與溫度函數(shù)關(guān)系，即可推導(dǎo)出介電常數(shù)與溫度的關(guān)系，進(jìn)而得到折射率—溫度關(guān)系。最后，將諧振子模型與 wannier激子模型結(jié)合，實現(xiàn)對吸收邊光學(xué)現(xiàn)象的描述。根據(jù)所建模型進(jìn)行理論計算發(fā)現(xiàn)，吸收邊附近熱光效應(yīng)出現(xiàn)反?，F(xiàn)象，即隨溫度升高呈遞增趨勢的鍺的熱光系數(shù)曲線在吸收邊附近出現(xiàn)一個突變，即熱光系數(shù)由正值變?yōu)樨?fù)值之后，再趨于某一正值。
　　論文搭

4、建了基于光纖傳感器的實驗平臺對鍺膜的熱光系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量。利用蒸鍍工藝在光纖端面鍍上鍺膜作為傳感單元，利用高低溫實驗箱產(chǎn)生可調(diào)溫度場，實驗測量置于溫箱中的鍺膜反射率隨溫度的變化曲線，進(jìn)而根據(jù)反射率—折射率關(guān)系得到折射率—溫度系數(shù)，即熱光系數(shù)。實驗結(jié)果表明：如理論模型所預(yù)測，在吸收邊附近，鍺的熱光系數(shù)隨溫度升高出現(xiàn)由正到負(fù)的變化。實驗結(jié)果與理論模型基本相符，但實驗結(jié)果中熱光系數(shù)的減小趨勢比理論預(yù)測要小。論文最后分析了理論模型與實驗結(jié)果存在