電抽運立方氮化硼晶體激射藍紫光的研究

《電抽運立方氮化硼晶體激射藍紫光的研究》是依託吉林大學，由賈剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電抽運立方氮化硼晶體激射藍紫光的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：賈剛
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

在完成國家自然科學基金項目立方氮化硼二階非線性光學性質研究過程中，我們在實驗中觀察到立方氮化硼單晶體材料的電致發射藍紫光現象。觀察到的藍紫光主要是自發輻射，偶爾可能是受激輻射。本項目研究電抽運立方氮化硼晶體激射藍紫光的機理和能夠穩定激射藍紫光的條件。把施主能級、導帶底和Г能谷假設為三個能級，按照三能級模型建立和求解立方氮化硼晶體內光子和電子的非線性速率方程組，尋找能夠受激發光的條件。根據所用立方氮化硼晶體的特點，設計和研製適合藍紫光振盪的諧振腔和相應的電極。利用研製的樣品進行電抽運受激發光實驗，選擇電抽運條件，直至獲得穩定的藍紫雷射。測量並研究雷射的光譜，與我們計算的和文獻報導的立方氮化硼的能帶結構聯繫起來，深入研究立方氮化硼的發光機理。同時根據實驗數據，完善我們計算得到的能帶結構。電抽運立方氮化硼晶體激射藍紫光的研究，我們目前未見報導。該研究將為研製立方氮化硼晶體藍紫雷射器奠定基礎。

結題摘要

立方氮化硼（cBN）晶體是具有閃鋅礦結構的最簡單的III-V族化合物，它的{111}表面具有極性，我們提出了目測確定顏色分區的片狀cBN單晶表面極性的方法。所使用的未故意摻雜的cBN晶體X射線光電子譜表明cBN晶體中缺陷和雜質主要是氮空位(VN)和碳（C）雜質。C在cBN晶體中占據了N的位置(CN)，成為受主雜質，VN屬於施主陷阱。VN-CN構成的施主—受主對將使得cBN發光譜複雜化。我們測得的顏色分區的片狀cBN單晶{111}面的拉曼光譜有與表面極性相關的特點，但是與已報導的琥珀色截角四面體形狀的cBN單晶的拉曼光譜與表面極性相關的特點相反。我們分析可能是晶格的有序性受到破壞，激活布里淵區中心附近以外的拉曼散射產生的結果。通過解理和研磨我們把微小的片狀cBN單晶樣品加工成了長方體形狀。使用長方體形狀的cBN單晶樣品作為電光晶體，用650nm連續波半導體雷射器作為光源，建立了橫向電光調製系統。按照我們提出的實驗和數據處理方案，精確地測定cBN單晶線性電光張量中三個全同的非零元素值為3.95pm/V。用外形為立方八面體的人造金剛石單晶樣品作為電光晶體，我們得到了該樣品的三階非線性光學極化率的非零元素Xxyxy和另外兩個非零元素的差（Xxxxx-Xxxyy）的實驗值。在研究cBN單晶的電流—電壓特性過程中，發現了有趣的可逆的電致變色現象。利用針尖電極—cBN單晶樣品—平板電極結構，通過施加直流電壓獲得了中心波長149nm的真空紫外光。用電子在cBN的能帶之間的躍遷、能帶內的轉移和電子與空穴的直接複合過程，解釋了強電場中cBN單晶真空紫外光的發射。研究了在大氣中和低真空中cBN單晶引發的電漿放電現象。觀測到的現象與通常的針尖電極—空氣間隙—平板電極結構產生的氣體放電現象非常不同。我們推測，開始可能是強電場激勵cBN單晶發射出的真空紫外光電離空氣產生了電漿，然後在電場和真空紫外光的共同作用下維持空氣放電。強電場中cBN單晶真空紫外光的發射和cBN單晶引發的電漿放電現象不僅具有科學意義，而且具有廣闊的套用前景。