Fe,Gd/MgO纳米复合薄膜的制备及其光学性质研究

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MgO是一种宽带隙材料,在300-2500 nm波段具有较好的透过率,其光学窗口被广泛应用于航空航天、光电器件等领域。但与空间探测器的光学需求相比,MgO光学窗口的透过率仍需进一步提高。基于此,为了研制高性能、宽波段的MgO宽谱光学窗口,开展了相关研究,其研究结果如下:(1)采用脉冲激光气相沉积(PLD)技术,在同质外延的单晶MgO薄膜中嵌埋了纳米Fe、Gd和(Fe,Gd)颗粒,并制备出一系列的金属纳米复合薄膜。(2)采用XRD、AFM、SEM、TEM和XPS对薄膜的结构、形貌和成分进行了表征。纳米Fe、Gd和(Fe,Gd)颗粒均匀地嵌埋在MgO薄膜中;其中纳米Fe颗粒呈扁六边形,纳米Gd颗粒呈不规则多边形,尺寸均小于10 nm;而嵌埋的金属纳米颗粒部分被氧化,呈核壳结构,与MgO薄膜构成亚波长微结构。(3)采用紫外-可见光谱仪对复合薄膜分析,发现在MgO薄膜中嵌埋纳米Fe颗粒,实现了MgO在190 nm-235 nm波段的深紫外窄带增透;嵌埋纳米Gd颗粒,MgO在1000 nm-2500nm波段实现了近红外增透;同时嵌埋Fe和Gd纳米颗粒,MgO在190nm-235 nm和300 nm-2500nm波段范围内实现了宽谱增透;结合等效介质理论以及椭圆偏振光谱,发现金属纳米颗粒与MgO薄膜之间构成了亚波长微结构,形成了一种等效介质增透膜,从而实现了MgO的增透。(4)通过Fe,Gd/MgO纳米复合薄膜的吸收光谱和荧光光谱,发现薄膜中存在着大量的氧空位,并且由于金属纳米颗粒产生了等离子体激元共振吸收效应。本论文采用PLD成功的制备出了Fe,Gd/MgO纳米复合薄膜,成功将MgO的透过波段从300-2500 nm扩展到了190 nm-2500 nm,同时将MgO在300 nm-2500 nm波段的透过率提高了3.5%,实现了宽谱增透。
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