1 吉林大学物理学院, 超硬材料国家重点实验室, 长春 130012
2 吉林大学综合极端条件高压科学中心, 长春 130012
金刚石是集最高硬度、超宽禁带、最高热导率等优异性能于一体的典型超硬多功能材料, 天然金刚石储量低且价格昂贵, 其中彩色天然金刚石在自然界中产储量极其稀少且致色机制较为复杂。高温高压法是制备金刚石的有效手段, 然而调控金刚石颜色获得可控的彩色金刚石, 仍面临极大挑战。本文通过对粉色、绿色天然和高温高压温度梯度法制备的金刚石进行一系列拉曼、荧光、红外和可见光吸收测试, 详细地研究其品质、缺陷随温度变化及致色原因, 发现彩色金刚石致色与电中性的N2V缺陷(H3)、剪切应力、塑性形变和NV0/NV-色心等因素相关。通过各种手段获得不同颜色的金刚石不仅是为了其欣赏及收藏价值, 其颜色的调控也有助于人们对金刚石形成机制的进一步了解, 为培育彩色金刚石提供新的参考。
彩色金刚石 超硬材料 天然金刚石 高温高压 色心 致色机制 color diamond superhard material natural diamond high temperature and high pressure color center coloring mechanism
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
1 太原科技大学应用科学学院，太原 030024
2 太原科技大学材料科学与工程学院，太原 030024
3 山西科技学院材料科学与工程学院,晋城 048026
本文利用低温拉曼与光致发光光谱对纯净金刚石晶片的结晶质量、晶体应力分布进行表征分析，并结合电子辐照和快速退火对晶片的杂质缺陷结构开展研究。通过拉曼光谱对金刚石特征峰的表征分析发现，由于金刚石生长机制以及晶片的切割、抛光等因素影响，晶片的边缘与表面应力分布较高。光致发光光谱中的零声子线具有明显的温度依赖性，根据Jahn-Teller效应与电子-声子耦合理论阐明了测试温度变化引起中性单空位缺陷零声子线分裂与红移的机理。对晶片做电子辐照与退火调控处理后，晶片中氮-空位(NV)缺陷显著增多，表明在纯净晶片中氮主要以替代位氮杂质的形式存在。
金刚石 光谱表征 晶体缺陷 色心 电子辐照 退火 diamond spectral characterization crystal defect color center electron irradiation annealing
北京科技大学新材料技术研究院，新金属材料国家重点实验室，北京 100083
化学气相沉积(CVD)技术的发展使得金刚石优异的综合性能得以充分发挥，在诸多领域获得应用，并有可能实现跨越式的发展。色心使得金刚石量子加速器初步显示了巨大可行性，包括紫外激光写入窗口等诸多应用场景将金刚石的光、电、热和力学综合优势发挥到了极致，超宽禁带金刚石半导体应用将很快实现，金刚石的散热应用也在不断拓展。本文在总结CVD金刚石的制备方法和性能特点的基础上，根据金刚石的本征特点和应用领域，将其分为量子级、电子级、光学级、热学级和力学级五类，对各类金刚石的研究和应用状况进行了详细阐述，进一步明晰CVD金刚石目前的发展状态，对研判其未来发展趋势有重要意义。
化学气相沉积 金刚石 色心 超宽禁带 散热 超硬材料 chemical vapor deposition diamond color center ultra-wide bandgap heat dissipation superhard material
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心, 天津
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室, 天津
3 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室, 长春
氮空位(NV)色心是一种具备优良光学性能和自旋特性的金刚石发光缺陷, 由于其在超分辨成像技术、量子测量、量子信息等领域的巨大应用前景, 近年来吸引了许多科研工作者的关注。目前, 人们已经通过多种方法制备浓度和空间位置可控的高品质NV色心, 并推动了其在量子传感和量子信息等领域的应用。NV色心的电子自旋哈密顿量与多种物理量有关, 因此能够通过读取NV色心的电子自旋态实现量子精密测量; 此外, NV色心作为一种电子自旋相干时间长、性能稳定的固态自旋量子体系, 可以实现安全高效的量子信息处理。近年来, 量子测量的灵敏度随着NV色心制备工艺的进步而快速提升。介绍了NV色心的结构和基本特性, 并对其制备和应用进行了总结和展望。
金刚石 NV色心 制备 应用 传感 量子信息 diamond NV color center preparation application sensing quantum information
强激光与粒子束
2022, 34(4): 041003
1 华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200241
2 山东大学 山东省金刚石材料与半导体器件重点实验室, 济南 250101
3 济南金刚石科技有限公司, 济南 250101
4 山西大学 极端光学协同创新中心, 山西 030006
为了解决在基于金刚石氮-空位（NV）色心的磁场高灵敏度测量中, 高速获取磁场信号引起的NV色心发光强度的微小变化的技术瓶颈问题, 自行设计出一套能够实现金刚石NV色心自发辐射和受激辐射信号同步测量的光学系统, 并利用一个长焦距透镜收集金刚石NV色心受激辐射信号, 从而尽最大可能地滤除金刚石NV色心的自发辐射信号, 提高测量受激放大增益的信噪比。实验中成功观察到NV色心零声子线的受激辐射放大, 分析了抽运光功率、信号光功率、抽运光偏振方向和信号光偏振方向对放大特性的影响。结果表明, 通过对抽运光和信号光相关参量的优化调整, 最终获得了10.5%的受激辐射增益。该研究为实现NV光放大远程磁场监测奠定了研究基础。
激光技术 受激辐射放大 金刚石色心 量子传感 磁场测量 laser technique stimulated radiation amplification diamond color center quantum sensing magnetic field measurement
华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
采用稀土掺杂光纤（又称有源光纤）制成的光纤激光器和光纤放大器具有优异的光学性能，已被广泛应用于太空、核电设施及高能物理设施中。有源光纤对辐照十分敏感，当其处于上述辐照环境时易产生辐致损耗，导致光学性能迅速恶化，因此，提高有源光纤的抗辐照性能十分有必要。本文简要介绍了有源光纤在辐照环境下的应用背景以及面临的问题，并从有源光纤的辐照特性、影响辐照特性的因素和有源光纤抗辐照手段三个方面详细介绍了国内外抗辐照有源光纤的研究进展，最后对抗辐照有源光纤未来的研究趋势进行了展望。
激光光学 稀土掺杂光纤 抗辐照 色心 辐致损耗 光纤激光器 激光与光电子学进展
2021, 58(15): 1516012
1 普洱学院理工学院，普洱 665000
2 同济大学物理科学与工程学院,上海 200092
3 天通控股股份有限公司，海宁 314412
4 中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司，沈阳 110179
使用导模法(EFG)生长了多片a面蓝宝石晶体。显微拉曼光谱结合电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测试得出晶体的气泡中可能存在含S化合物。晶体表面明显的生长条纹主要与温度、生长速度的波动以及模具的加工精度有关。化学腐蚀分析表明晶体位错密度在4.2×104 cm-2，未存在小角度晶界缺陷，双晶摇摆曲线半峰宽(FWHM)为70.63″。由于采用石墨保温材料，晶体中存在F心与F+色心。晶体在400~3 000 nm波段透过率高于80%，空气中退火后可减弱色心吸收。本文研究结果可为蓝宝石晶体缺陷形成理论研究提供参考，也可为导模法蓝宝石工业生产技术改进提供借鉴。
蓝宝石 导模法 晶体生长 缺陷 气泡 色心 sapphire EFG crystal growth defect bubble color center
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所， 天津300072
2 光电信息技术科学教育部重点实验室， 天津30007
针对光纤放大器的空间应用，对光纤放大器在辐射环境中的性能变化进行了实验研究。对铒镱共掺光纤放大器的增益光纤进行伽马射线辐射，研究了光纤放大器的输出功率和光谱特性的演化规律，并采用频谱测量法研究了光纤放大器的噪声特性。通过总剂量为50 krad的在线辐照实验发现，光纤放大器输出功率、光谱的中心波长峰值功率以及光噪声都随着辐射剂量的积累而不断降低。采用光噪声模型对辐射后的光纤放大器噪声特性进行分析，与辐射前相比，发现光噪声中的弛豫振荡噪声部分和中频部分的相对强度噪声系数分别增加了1.625×10-4 nW·mW-2·Hz-1和3.122×10-4 pW·mW-2·Hz-1，而光散粒噪声系数分别减小0.900 pW·mW-1·Hz-1和0.035 pW·mW-1·Hz-1，对于光纤放大器在太空的实际应用中，需要重视相对强度噪声的抑制。
光纤放大器 辐照效应 光噪声 色心 铒镱共掺光纤 Fiber amplifier Radiation effects Optical noise Color center Erbium-ytterbium co-doped fiber
