壓力場(chǎng)中鍺光學(xué)性質(zhì)的第一性原理計(jì)算與實(shí)驗(yàn)分析.pdf

1、鍺折射率在壓力下的變化是其他常見(jiàn)的半導(dǎo)體的4~6倍，作為良好的壓敏材料，可以將其應(yīng)用在光纖傳感中。但是在入射光波長(zhǎng)小于1850nm的吸收區(qū)內(nèi)鍺折射率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及折射率隨壓力的變化情況未知。
　　論文使用第一性原理計(jì)算軟件的CASTEP模塊，建立了鍺晶體的3D模型并進(jìn)行幾何優(yōu)化；計(jì)算了鍺的能帶結(jié)構(gòu)，并以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)出介電函數(shù)、吸收系數(shù)和折射率等光學(xué)常數(shù)，對(duì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了誤差分析。接著運(yùn)用軟件設(shè)置環(huán)境壓力，理論研究了當(dāng)外界壓力變化時(shí)

2、，鍺折射率的相應(yīng)變化，得出了鍺折射率隨壓力變化的定量關(guān)系。在理論計(jì)算過(guò)程中，詳細(xì)分析并給出了相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，討論了Properties處K點(diǎn)數(shù)對(duì)最終計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，最終確定此處K點(diǎn)數(shù)設(shè)置為11*11*11。
　　為了獲得鍺折射率-壓力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，論文設(shè)計(jì)并定制了可用于光纖探針的特種液壓機(jī)。該液壓機(jī)以液壓油為介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)在0~25MPa區(qū)間內(nèi)連續(xù)施加或卸載壓力。用于測(cè)試的壓力傳感器，在光纖端面上蒸鍍一層納米量級(jí)的半導(dǎo)體鍺

3、作為敏感探頭，構(gòu)成一種新型的光纖半導(dǎo)體壓力傳感器。當(dāng)液壓機(jī)壓力發(fā)生變化時(shí)，光纖端面處鍺的折射率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)檢測(cè)端面的反射率便可建立反射率與外界壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而推導(dǎo)得到折射率-壓力的傳感模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光纖端面所鍍鍺薄膜的厚度會(huì)對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。
　　論文通過(guò)第一性原理計(jì)算得到了鍺的光學(xué)常數(shù)及其隨外界壓力變化的定量關(guān)系；并通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了鍺折射率-壓力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的分析得