透明特性（精选4篇）
透明特性 篇1
1引言
近年来, 随着激光生命科学技术的发展, 光学方法在医学诊断及应用上也越来越广泛, 测定光在生物组织传播的光学特性也变得越来越重要, 研究光子与生物组织相互作用后的光学特性能够极大推动激光在生物医学上的应用和发展, 对探索生物组织的新陈代谢、肿瘤病变状态等也具有重要的研究意义[1]。然而, 由于生物组织在生物医学上被看作为是浑浊介质, 其对可见光和近红外波长具有很强的散射效应, 这种强的散射特性限制光在组织的穿透深度和成像的对比度, 这样使得光子技术只能用于活体浅表组织, 从而降低了光在医学领域中的检测、成像的运用以及治疗效果。
为了解决这一问题, Tuchin等[2]在1997年首次提出了用光透明技术来减少生物组织中光的散射。即采用高渗透试剂——具有高渗透压的溶液, 例如葡萄糖、甘露醇、丙二醇、甘油等对组织进行光学渗透, 提高组织内部的折射率匹配, 从而有效地减少组织的光散射, 增加光穿透深度, 提高成像质量。这种技术即为组织透明 (tissue clearing) [3], 在组织透明过程中所使用的高折射率的生物相容性的化学试剂被称为光透明剂 (optical clearing agent) 。组织光透明适用于很多不同的生物样品, 如人的脑膜、角膜、皮肤、血液、大脑皮层和胃等[3]。本文综述了当今光透明剂控制生物组织光学特性的最新研究概况及其应用前景。
2生物组织光透明的应用研究
2.1光谱法
通过对离体组织的漫反射光谱检测结果发现位于波长为500和630 nm附近的吸收峰在组织癌变前后存在着明显的差别, 这是由于癌变组织中含有比正常组织更多的血液量, 且癌变组织一般都要消耗更多的氧, 所以去氧血红蛋白的含量大大增多, 这为我们利用可见光的漫反射光谱分析组织的特性提供了依据, 可见, 通过漫反射光谱可简便、快速地鉴别组织的癌变。朱等用光谱法研究了不同浓度甘油作用于小鼠皮肤后其光谱的变化。
目前国内外也已有相当多的研究小组用光谱法来研究光透明剂对组织透明性的改变。Alexey等用光谱法研究了葡萄糖溶液对在体皮肤光透明性的影响, 其实验装置如图1, 其实验结果如图2。
其研究采用反射光谱法探测, 用40%的葡萄糖溶液采用皮内注射的方法注射入皮肤, 结果表明, 皮肤更加透明, 从而增加了光渗透入组织的能力。
2.2 OCT法
由于光谱法不能测量不同深度处的光学参数, 光学相干层析成像 (OCT) 技术却可以实现不同深度的实时测量, 能够获得组织微观结构的高分辨横截面成像, 但是成像深度仅为10-20微米, 所以, 近年来越来越多的采用OCT研究光透明剂控制组织光学特性的报道。徐等采用超声诱导的方式使光透明剂更有效的进入组织, 同时采用OCT法来检测光透明剂作用于组织前后组织的光学特性的改变, 研究表明, 离体的皮肤组织和在体的皮肤组织分别用60%的甘油和60%甘油与超声共同作用后用OCT对组织进行成像, 实验的结果如图3, 图4所示。
研究表明, 在没有甘油作用时, OCT的成像深度大约为1.3mm, 在甘油和超声共同作用后, 采用OCT法不仅能测出渗透率和光透明度, 而且可以区分上皮组织的不同层结构。结果表明, 光透明剂和光学相干层析成像技术结合可以很好地应用于眼科的诊断和治疗。
2.3二次谐波成像法
光透明剂对生物组织背向二次谐波成像影响的研究现正在起步当中, SHG成像法能够降低OCT成像中的一些限制因素, 所以SHG不管是在研究还是临床应用方面都有很大优势。
所以, 相对于在磷酸缓冲液 (PBS) 中, 浸泡在甘油中的动脉血管组织的全衰减系数大约减少了51%。
2.4共焦显微镜法
从上世纪80年代起, 激光显微光谱分析技术逐步应用于生物医学中, 来对生物组织进行成像, 其是在荧光成像的基础上加装了激光扫描装置, 用光源出射的光准确地入射到位于共轭点处的被测物, 可以获得更高的对比度和不同组织深度的信息, 共聚焦显微成像技术把光学成像的分辨率提高了百分之三十到百分之四十。将光谱分析技术结合在共聚焦扫描显微成像技术和光谱技术的显微光谱分析法中可以更加准确地检测早期癌变。这种成像技术也面临扫描深度的问题, 所以也常将其和光透明技术相结合来进行癌症检测研究。Meglinski等在2003年提出一个理论模型来模拟皮肤被光透明剂作用时, 其共聚焦显微成像能达到的最大深度, 此理论模型是基于Monte Carlo模型的, 检测了在使用甘油0min、10min和20min时共聚焦探测器在300, 600和900μm处测得的信号分布图, 经分析比较可以看出甘油作用于组织后, 其共聚焦的成像深度几乎增加了3倍, 可见, 共聚焦成像技术能够很好地应用于生物医学诊断和激光治疗。
2.5双光子显微成像
双光子显微成像技术是结合共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术, 其克服了传统激光扫描共聚焦显微镜依赖小孔光阑成像对荧光收集效率的强烈损失、焦平面外的激发区域背景荧光干扰和光生物损伤区域大的确定, 采用在辐照光路中标记多个荧光标记物, 但只有处在聚焦光焦点处的标记物才能发出荧光, 而且其分辨率可以达到亚微米尺度, 而且, 双光子过程的激发光的波长可设计在生物光学窗口的范围内, 避开了生命体系所不能承受的紫外一可见光损伤。所以目前也有相关研究采用双光子显微成像来对光透明剂作用后的组织进行成像。Cicchi等在2005年的研究表明, 在人的离体真皮组织中施加甘油, 丙二醇和葡萄糖这些光透明剂前后图像总的强度和对比度在增加, 双光子显微成像的成像深度和对比度得到明显的改善, 并且在成像完成后将各个样品放入磷酸缓冲液后检测发现葡萄糖作用过的组织样品是可逆的。
3生物组织光透明研究的展望
激光应用于医学临床上的治疗和诊断以及光学成像技术的是当前快速发展的国际前沿领域, 然而, 由于光在入射到生物组织上时同时存在反射、折射、吸收和散射的效应, 来对光束在生物组织中的传播产生干扰, 从而限制了光在生物组织中的穿透深度, 使得光子技术只能应用于活体组织的浅表部位, 因此, 深入研究不同光学透明剂在不同生物组织的中的渗透速率是十分必要的。生物组织的光透明机理的研究有助于其在医学诊断实用中针对目标组织选取合适的有效光透明剂, 从而达到更好的、更准确的医学诊断结果。可见, 生物组织光透明性的研究不仅有助于了解光透明的作用机制, 也有利于光子仪器在生物和医学中的应用, 可为临床医学诊断提供针对目标组织实现光透明的有效途径, 其研究成果有望在不远的将来被广泛应用于临床医学诊断和治疗。
摘要：光透明剂是一种高折射率的生物相容性的化学试剂, 光透明剂控制生物组织光学特性是最近发展起来的技术, 通过施加甘油、葡萄糖、甘露醇、丙二醇、甘油等光透明剂来改善生物组织对光的散射, 可以有效地提高光在组织中的穿透深度, 增加组织的成像深度和对比度。本论文综述了目前光透明剂的种类和光透明特性以及光透明剂控制生物组织光学特性的原理和测量方法, 并简述了光透明技术的应用前景。
关键词：光透明技术,组织光学特性控制,光透明剂,生物组织
参考文献
[1]WEI Huajiang, XING Da, LU Jianjun el at.Total attenuation coefficients of human bladder at different lasers measured by using the direct and indirect methods in vitro[J].LASER TECHNOLOGY, 2005, 29 (4) :420-422 (in chinese) .
[2]Valery V.Tuchin, Irina L.Maksimova, Dmitry A.Zimnyakov et al.Light Propagation In Tissues With Controlled Optical Properties[J].JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS, 1997, 2 (4) :401-407.
[3]SUN Hui-xia, LI Peng, HE Yong-hong el at.A Study of the Optical Clearing by OCT[J].ACTA LASER BIOLOGY SINICA, 2007, 16 (5) :521-526 (in chinese) .
透明特性 篇2
关键词：氮化硅薄膜,射频溅射,光学性能,FT-IR,EPMA
0 引言
氮化硅材料具备许多优异的性能,如高熔点、高硬度、强稳定性、低膨胀系数、良导热性、强抗热震性及优良的光学性能等,氮化硅块体材料以及薄膜能广泛应用于光电子、微电子、机械加工、化学工业、太阳能电池、航空航天及集成电路等行业[1,2,3,4,5]。基于各种微球、微盘和微环式的回音壁谐振(WGM)传感器由于具有高灵敏度、无标记等显著特点,在生物、化学传感和检测领域有重要的应用前景。传统的回音壁谐振微腔是采用半导体工艺在硅基二氧化硅材料上形成微结构,然后通过CO2激光进行回流热处理得到微腔[6]。这种基于二氧化硅材料的微腔的品质因子(Q值)高达108,如果能够采用高折射率和低吸收的薄膜材料制备微腔,则有望进一步提高品质因子,从而提高传感灵敏度。在满足半导体工艺兼容的条件下,折射率高达2.0左右的氮化硅透明薄膜是一种制备谐振微腔的理想材料。
近年来,国内外研究人员对氮化硅薄膜的不同性能进行了各方面的研究。J. Filla等研究了部分氧化的氮化硅薄膜纳米尺度的摩擦力[7]。H.Schmidt等采用射频磁控溅射制得非晶氮化硅薄膜并对其热稳定性和结晶动力学进行了研究[8]。M.A.Signore等采用射频磁控溅射制备的110 nm以下的氮化硅薄膜在可见近红外波段的透过率最大值达90%,但其折射率仅在1.7左右[9]。国内孙科沸[10]、高峰[11]等仅在紫外可见光区域(400～800 nm)测试了其制备的氮化硅薄膜的透过率。氮化硅透明光学薄膜的研究还较少,不够系统,特别是薄膜的制备工艺与微观结构和光学特性之间的关系的研究还不多,其中在近红外波段微米级厚度的氮化硅薄膜的系统研究还未见报道。有鉴于此,本研究拟探讨氮化硅薄膜的制备工艺与薄膜微观结构成分和光学性能之间的关联,探索高性能红外透明氮化硅薄膜的制备技术。
1 实验
采用德国BESTEC公司生产的超高真空磁控溅射镀膜机制备氮化硅薄膜,射频电源为13.56 MHz。基片采用P型单面抛光的Si(111)基片、玻璃片及聚四氟乙烯基片。靶材是纯度为99.99%的Si靶,工作气体是纯度为99.99%的Ar,反应气体为纯度是99.99%的N2。所有实验中基板与靶材的距离均约为5 cm,Ar/N2流量比均为1∶1,本底真空度为1×10-4 Pa,镀膜过程中基片均未另外加热。
采用J.A.Woollam公司的VB-400型椭偏测试系统测试试样薄膜的厚度、折射率与消光系数,采用PerkinElmer公司生产的LAMBDA950分光光度计测试试样薄膜的透过率,采用德国Bruker公司生产的D8Advance型X射线衍射仪对试样进行XRD测试,采用JXA-8230型电子探针(EPMA)对试样进行微区的成分分析,采用美国Thermo Nicolet公司生产的Nexus智能型傅里叶变换红外光谱仪测试试样的红外透过谱线。
2 结果与讨论
2.1 光学性能分析
椭偏仪是测量薄膜厚度及光学常数的仪器,下面简要介绍椭偏测量的原理。
椭偏测量主要是通过测量薄膜表面反射光的偏振态,即振幅Ψ和相位Δ的变化,进而通过公式计算出薄膜厚度及光学常数。复参数ρ由P及S反射光定义(见式(1))。
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式中:Rp 和Rs为反射系数,ρ是菲涅尔反射系数的比值,在软件中选择一种合适的模型算法来分析这些参数,从而确定薄膜的光学常数和厚度。
均方差MSE是用来描述模型计算的数据与实验数据的差别的物理量。Marquardt-Levenberg算法能够很快地找到最小均方差,如式(2)所示。
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式中:Ψmod、Ψexp、Δmod 和Δexp是已经拟合和测量好的椭偏数值,N是Ψ和Δ测量对数的个数,M是光学模型中拟合参数的个数,σ表示每个数据点测量的标准偏差。
由图1可知,200 W功率、1 Pa气压下制备的薄膜试样在热处理前的折射率约为1.976,当试样在600 ℃高温热处理1 h后,折射率下降。氮化硅薄膜的折射率在高温热处理后降低,这与赵青南等[12]的研究结果相似。通常情况,薄膜在退火后致密度增加,折射率相应增加,但本实验中氮化硅试样薄膜热处理结果与之相反,这可能是高温退火过程中由于氧的引入生成了低折射率的二氧化硅,从而导致薄膜整体折射率的下降,这一点可以从后面FT-IR分析得到验证。试样在400 ℃热处理1 h后折射率下降,当温度降到350 ℃及300 ℃热处理时折射率上升,以上测试结果表明,对试样薄膜进行较低温度的热处理时,没有或极少形成高温氧化物,这种热处理方式有利于改善薄膜表面结构,从而提升薄膜的性能。
在TFC膜系设计软件中,选择材料氮化硅可以模拟其在相应波段的透过率,选取1000～2000 nm为横坐标得到图2中的薄膜实测的透过率曲线与TFC软件模拟的曲线,实测曲线在模拟曲线的下方,并且随着波长的增加差距越来越不明显,这种变化趋势对薄膜近红外透明的性质是有利的。总体来看,两者的差别在1400 nm以后明显减小,而模拟透过率与实际透过率之间存在差别的原因是,后者存在着微弱的吸收,这是镀膜过程中少量金属杂质掺入引起的。图3是椭偏仪测出的薄膜消光系数的曲线。
图4(a)是在180 W功率下,气压分别为1 Pa、1.5 Pa及2 Pa时制备的薄膜在1000～2000 nm波段的透过率,透过率的值集中在80%～96%之间,且试样薄膜的透过率随气压的升高而依次增大,这是因为气压升高薄膜沉积速率变小,膜厚减少,积累的杂质金属元素的含量要相应少些。图4(b)测试的是不同功率下试样薄膜的透过率曲线,可知透过率随功率的增加而下降,这是因为功率增加,薄膜的沉积速率也增大,相同时间内的薄膜膜厚增加,混入的杂质金属元素增多,相应透过率下降。
以上薄膜试样光学性能的测试结果表明,本实验制备工艺下溅射得到的微米级膜厚的高折射率、低吸收的氮化硅薄膜符合制备回音壁谐振微腔的要求,有望进一步提高其品质因子。
2.2 结构及成分分析
对气压为1 Pa、溅射功率为160 W的试样及其热处理试样做XRD测试,并与空白Si(111)谱线对比,试样图谱如图5所示。
由图5可知,溅射试样与空白Si(111)基片峰型一致,说明并未出现其他物质的特征峰,所镀薄膜为非晶态;试样600 ℃热处理前与热处理后峰型重叠说明未出现晶态物质。通常温度在300 ℃以下时,采用磁控溅射法制备的氮化硅薄膜均为无定形结构,且有研究表明在不高于1000 ℃时对氮化硅薄膜进行热处理不会出现晶态[13]。
对2 Pa气压、200 W功率下制备的聚四氟乙烯衬底的氮化硅薄膜试样做EPMA成分测试,测试谱线如图6所示。
用聚四氟乙烯作基底测试是为了避免其他基底元素对薄膜中元素测量的影响。图6中出现了N、Si、O、Fe及Cr的峰,微量的Fe、Cr元素可能来源于溅射靶的不锈钢靶罩以及真空室不锈钢器壁,O元素来自镀膜过程中或周围环境中的氧。由图6中N与Si的含量知该薄膜试样为富氮的氮化硅薄膜。
图7是氮化硅薄膜试样的FT-IR谱,其中(a)中试样的溅射功率为200 W,溅射时间为20 min,(b)和(c)的溅射时间为3 h。图7(a)中470 cm-1附近以及958 cm-1附近是Si-N键的振动特征峰所在的位置[14]。由图7(a)可知,随着气压的增加,Si-N键的特征峰谱强度依次明显减弱,说明薄膜Si-N键的含量依次减少。这是因为随着气压增大,气体粒子的数目增多并且碰撞加剧,使得Si与N的结合受阻,含量相对减少;此外,气压增大,薄膜沉积速率减小,膜厚减小也使Si-N键的强度减弱[15]。图7(b)中热处理后,“H2O峰”(1400～1800 cm-1)消失、Si-N键主峰强度明显减弱,说明热处理后薄膜厚度减小,致密度提高。图7(c)中700 ℃热处理后,“H2O峰”消失,Si-N键振动峰红移,造成这种现象的原因是高温热处理过程中少量Si-O键的生成使Si-N键(800～1100 cm-1)主峰位置向高波数方向移动,这也是热处理后折射率降低的原因之一,与前面折射率部分的分析一致。
以上氮化硅薄膜试样的微观结构及成分分析表明,在本实验的制备工艺下制备的薄膜试样为非晶态,通常这种连续的非晶结构与晶态相比少了很多空位、位错、晶界等晶格缺陷,薄膜更为均匀致密;FT-IR测试表明试样含Si-N键,且随气压升高Si-N键的含量减小,低温热处理后“H2O峰”消失,薄膜结构得到优化;EPMA测试表明薄膜试样为富氮氮化硅薄膜。
3 结论
透明特性 篇3
关键词：微环谐振器,诱导透明,传输矩阵
近年来,微环谐振器( Micro - Ring Resonator,MRR) 由于成本低、结构紧凑、滤波性能优越、便于与电子元器件集成等优点已成为硅基集成光学领域的研究热点。利用MRR在光通信领域中可实现诸多具有重要功能的器件,如滤波器[1,2]、激光器[3]、光开关[4]、调制器[5,6]、分插复用器[7]等。
电磁诱导透明是一种光同物质相互作用的过程中产生的一种非线性效应,其通过一种量子干涉效应改变了材料的性质,使一束原本被这种材料吸收的光在材料性质被改变后变得不被吸收,即通过这种效应可使一个原本不透明的材料变得透明。耦合谐振腔诱导透明( Coupled Resonator Induced Transparency,CRIT)效应是一种类电磁诱导透明效应( EIT - like)[8,9]。产生这种效应时会发生强烈的反常色散,导致光在介质中的群速度改变,因此可利用其对光速进行控制,实现光的延时和缓存。同时,高灵敏度的传感器上也可用到这种器件,因此透明效应在量子信息的处理和光信息的存储方面具有重要的研究价值。目前,基于微环谐振器的CRIT效应已成为研究热点,然而对于并联微环谐振器耦合诱导透明效应传输特性的理论研究却鲜见报道[10,11,12]。本文通过微环谐振理论和传输矩阵理论建立了相应的数学模型,运用Matlab软件对影响CRIT效应的4 种因素进行了模拟仿真,得出了不同因素对CRIT效应的影响。
1 理论分析
并联双环双波导器件的散射矩阵模型如图1 所示。直波导与环形波导在耦合区( A1~ A4) 内进行能量交换。环形波导( R1和R2) 的作用是引起其中所传播光信号的相位变化,同时会导致其振幅衰减。直波导( L1和L2) 的作用和环形波导的一致,两环之间通过这两段直波导进行能量交换。
耦合区A1的散射矩阵关系可表示为
式中,k表示直波导和环形波导之间的耦合系数; t表示传输系数。选输入光信号的振幅E1= 1,这样就相当于其它所有模式复振幅E均以其为基准进行归一化[13]。考虑耦合区是无损耗的,故传输因子t与耦合因子k满足t2+ k2= 1[13,14]。为便于计算,这里假设两环完全对称相同( 即R1= R2= R,L1= L2= L) ,环波导和直波导的折射率均为neff。光信号在环形波导中传播的损耗系数由a描述( 理想情况下微环无损耗时,a = 1) ,而相位变化由 θ 描述。传播损耗系数a被认为与波长无关,而相位变化因子 θ 则是波长的函数,其关于波长的关系为
其中,β 是两个环形波导内光信号的传播常数,β =2πneff/ λ。光信号在波导中传播的有效折射率neff是波长的函数。两段直波导的长度均为L,传播损耗系数记作aL,相位变化因子记作 θL。则相位变化因子与波长的关系表示为
因为两个微环之间可以通过直波导实现能量交换,所以它们之间存在耦合,故无法各自独立求解。若对整个器件建模求解,求解过程又复杂。为简化求解过程,可利用MRR的线性属性。即对于一个输入端和上载端均有光信号输入的MRR,可分别求解这两个输入光信号的输出结果,然后将其输出电信号在相应端口线性叠加,所得之和即为二者共同作用下的结果。
对于图1 中的MRR1,其输入端与上载端的光信号分别为E1和E5。输入端光信号E1在其对应的直通端与下载端的贡献分别为
上式中,E21与E61分别表示电信号E1经过MRR1 后在其对应的直通端( E2端) 与下载端( E6端) 所得到的电信号响应。
同理,上载端光信号E5在与其对应的直通端与下载端的贡献分别为
式( 4) 与式( 5) 分别是E1和E5独立作用下,E2端与E6端输出光信号的表达式。根据线性叠加原理,当二者共同作用时,E2与E6两个端口的输出光信号分别为
为了简便,将式( 6) 中的两个系数分别记为
式( 7) 中的T表示MRR1 在直通端的传递函数,而D表示MRR1 在下载端的传递函数。同理,对MRR2 而言具有同样意义。
首先求解E2。E2可看作由两部分组成,第一部分来自E1经过MRR1 时直通作用对E2产生的贡献,可表示为TE1,T的表达式如式( 7) 所示。第二部分来自于E2自身的反馈。具体过程是: 首先E2经过L1传播得到E9; 再经过MRR2 下载得到E14; 然后经过L2得到E5; 最后E5经过MRR1 的下载对E2产生贡献。这一过程所产生的贡献为
式( 8) 中,4 个中括号分别代表上述4 个物理过程,E22表示E2自身对自身的贡献。综合E1和E2的共同作用,E2的表达式可写为
又由E1= 1,根据式( 9) 即可求得E2
得到E2的表达式后,可得到器件直通端( Through端)的输出光信号E10的表达式
同理,下载端( Drop端) 的输出光信号E6的表达式为
式( 11) 与式( 12) 即为器件两个输出端( Through端与Drop端) 的输出光信号,其均为E2的函数。至此,端口Through与端口Drop的输出光信号均已表示为输入光信号E1的函数。
2 传输特性分析
根据传输矩阵理论分析得出的表达式在Matlab软件上进行仿真,得到的结果如图2 所示。实线和虚线分别表示在下载端( Drop) 和直通端( Through) 上得到的波形。从图中可看出,并联双环结构中在谐振点处发生了透射率的谱线分裂。在单环单波导结构中,器件处于谐振波长时在直通端会出现一个波谷,相应的在下载端会出现一个波峰。但在并联双环双波导结构中产生透明效应时,原来谐振波长处的波谷( 波峰)处会分裂出一条狭窄的透明峰( 谷) 。这就是耦合谐振腔中的诱导透明现象。
2. 1 环与波导之间耦合系数k对传输特性影响
图3 为不同耦合系数k对CRIT的影响。分别取k的值为0. 06,0. 16,0. 26 和0. 36。由图3 可看出随着k的增大,谐振峰逐渐变宽,此时透明峰变得越来越窄,且越来越浅,说明k值得增大使得CRIT变弱。耦合系数k越大,谐振峰就变得越宽,器件的滤波性能就越差,因此k值不能取得太大。但k值也不能取得太小,k值越小,谐振峰越窄,隔离度越高,但对信号波长漂移的控制精度要求就越高。因此,应根据实际需求,选择合适的k值以获得理想的频谱特性。一般情况下k值在0. 1 ~ 0. 2 范围内选取。
2. 2 微环中传播损耗系数a对传输特性影响
图4 为不同的传播损耗系数a对CRIT的影响。在理想情况下a = 1。这里分别取a的值为1. 0,0. 99,0. 9 和0. 8。由图4 可看出随着a的减小,吸收曲线的整体谐振峰逐渐下降,且对a值的变化较为敏感,当a = 0. 99 时,CRIT已有明显减弱; 当a = 0. 9 时,耦合谐振透明效应已经消失。所以a值越大越好,不过这应综合考虑材料、工艺和温度变化等原因对器件的影响。
2. 3 环半径R对传输特性的影响
图5 为不同环半径对CRIT的影响。由图5 可看出随着微环半径R的增大,谐振峰的变化较小,透明效应减弱不明显,但透明谐振峰发生蓝移,这是由于随着半径的增大,光在微环里的光程增加,微环谐振条件发生改变而引起的。通过这一特性,可改变微环半径来控制透明峰的所对应的谐振频率,达到所需的透明频率或波长。
2. 4 两环间距L对传输特性的影响
图6 为两环之间间距L对CRIT的影响。由图6可看出随着两环间距L的逐渐增大,谐振峰逐渐变窄,透明峰也随之变窄,谐振波长两侧的波纹显著增多,这是由于光场在两个MRR之间多次反射形成的干涉条纹。这样虽然L的增大使得谐振峰变窄,但透明峰也变窄了,且波纹增多,这些均不利于透明效应的形成。因此,必须合理选择L的长度。
3 结束语
根据传输矩阵理论推导出并联微环谐振器产生透明现象的能量传输公式。根据线性叠加原理推导出并联谐振器直通端和下载端的能量传输方程。微环谐振器中每一个参数的改变,均对整个器件的性能造成了影响。耦合系数k增大,谐振峰就会变宽,器件的滤波性能就会变差,透明现象随之减弱。传播损耗系数a减小,吸收曲线的整体谐振峰逐渐下降且变得平缓,透明现象逐渐消失。微环半径R增大,透明谐振峰发生蓝移,谐振波长发生改变,透明现象没有明显变化。两环间距L的逐渐增大,谐振峰逐渐变窄,透明峰也随之变窄,谐振波长两侧的波纹显著增多,透明现象减弱。
透明特性 篇4
稻叶诚司、伊藤和细野秀雄研究发现, 氧化物玻璃在软、长、直链分子结构方面与有机橡胶拥有相似的结构特征。偏磷酸盐玻璃像橡胶一样, 在接近“玻璃化转变温度 (Tg) ” (在这个温度点上, 玻璃的状态会发生从过冷液体到固体的改变) 时会发生扩张和收缩。
研究人员对一个过冷状态下的偏磷酸盐玻璃进行了拉伸实验, 这个玻璃是由包含锂、钠、钾、铯和氧化磷的混合碱金属制成的。当进行加热和拉伸时, 玻璃中的直链分子会变得具有高度的方向性, 这时玻璃本身就变得和橡胶一样。当研究者将玻璃加热到更高的温度时, 它的尺寸会收缩百分之十几, 然后回到其原来的无序分子状态。这个属性被称为“熵弹性”-玻璃首次显示出此特性。
这种橡胶状的氧化物玻璃可以在高温、氧化环境中得到应用, 这类环境有机聚合物橡胶是无法应对的。研究团队已经将成果发表在2014年12月2日《自然材料》的网络版上。
稻叶诚司和他的研究团队用化学成分是Li0.25Na 0.25K0.25Cs 0.25PO3混合碱金属偏磷酸盐玻璃进行了实验。这种氧化物玻璃是各向同性的, 在室温下既硬又脆, 容易破碎, 和普通玻璃是一样的。然而, 当它被加热到玻璃化转化温度Tg时, 然后冷却进入拉伸状态, 玻璃就变成各向异性 (晶体的各向异性即沿晶格的不同方向, 原子排列的周期性和疏密程度不尽相同, 由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同) 。
当偏磷酸盐玻璃在Tg附近进行热处理时, 它缩小了35%, 但体积并没有改变。此外, 虽然许多材料如普通玻璃、陶瓷、金属, 当受热收缩时是放热的, 但该团队开发的玻璃的在受热收缩时是吸热的。
偏磷酸盐玻璃, 其结构类似于有机橡胶, 表现出氧化物玻璃从未有过的一定程度的收缩性。而且由于其直链方向性和收缩后能恢复到初始结构, 这些都显示它的各向异性。