压力场中锗光学性质的第一性原理计算与实验分析

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锗折射率在压力下的变化是其他常见的半导体的4~6倍，作为良好的压敏材料，可以将其应用在光纤传感中。但是在入射光波长小于1850nm的吸收区内锗折射率的实验数据及折射率随压力的变化情况未知。
　　论文使用第一性原理计算软件的CASTEP模块，建立了锗晶体的3D模型并进行几何优化；计算了锗的能带结构，并以此为基础推导出介电函数、吸收系数和折射率等光学常数，对计算的结果进行了误差分析。接着运用软件设置环境压力，理论研究了当外界压力变化时，锗折射率的相应变化，得出了锗折射率随压力变化的定量关系。在理论计算过程中，详细分析并给出了相关参数的设置，讨论了Properties处K点数对最终计算结果准确性的影响，最终确定此处K点数设置为11*11*11。
　　为了获得锗折射率-压力关系的实验数据，论文设计并定制了可用于光纤探针的特种液压机。该液压机以液压油为介质，能够实现在0~25MPa区间内连续施加或卸载压力。用于测试的压力传感器，在光纤端面上蒸镀一层纳米量级的半导体锗作为敏感探头，构成一种新型的光纤半导体压力传感器。当液压机压力发生变化时，光纤端面处锗的折射率也会发生相应的变化。通过检测端面的反射率便可建立反射率与外界压力的对应关系，进而推导得到折射率-压力的传感模型。实验结果表明，光纤端面所镀锗薄膜的厚度会对最终检测结果产生很大的影响。
　　论文通过第一性原理计算得到了锗的光学常数及其随外界压力变化的定量关系；并通过实验获得了锗折射率-压力关系的实验数据。通过对理论计算和实验测量结果的分析得出锗折射率随着外界压力的增加而线性减小的结论，论文工作首次为压力场中半导体光学参数的研究提供了实验数据参考。

著录项

作者
陈浩;
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作者单位

武汉理工大学;

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授予单位武汉理工大学;
学科光学
授予学位硕士
导师姓名黎敏;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN304.93;
关键词
第一性原理计算; 折射率; 压力场; 光学性质; 压敏材料;

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