侯碧輝 郝偉 徐新龍 汪力
北京工業大學應用數理學院 中科院物理所
THz波填補了紅外光和微波的頻率空白。使在全頻范圍內研究凝聚態物質與電磁波(光)的相互作用成為可能,特別是對固體元激發的研究具有重要意義。THz頻率范圍內的固體元激發有:離子晶體的橫光學聲子和縱光學聲子,離子晶體的橫光學聲子與光子相互作用產生的極化激元,金屬的等離子體振蕩,金屬和半導體的回旋共振等。
我們對光學晶體MgF2單晶在THz頻范圍的波譜進行了實驗研究.在0.5—2.5THz范圍測出MgF2單晶的THz波吸收譜和折射率譜。
完好的MgF2單晶(樣品l#)吸收系數(0.2—22.5/cm)是隨頻率增加而呈直線增大,表明有光學聲子被激發;有位錯缺陷的MgF2單晶(樣品2#)吸收系數較小,表明光學聲子較少。Co摻雜的MgF2單晶(樣品3#)吸收系數變化較大,而且在1.90 THz出現峰值(吸收系數達到70/cm)。
樣品1#的折射率隨頻率增加在1.2THz出現底谷,折射率為2.16;而樣品2#的折射率比1#樣品和3#樣品都大(在2.45以上),在0.5THz以下更大(達到2.67),而且在0.16—2.50THz隨頻率增加變化很小,折射率約為2.45;Co摻雜的在0.5一1.0T'Hz折射率隨頻率增加幾乎不變(約為2.23),在1.5—2.0 THz隨頻率增加折射率陡然減小到2.15.
MgF2單晶本身是紅外一紫外(8500—120nm,35THz一2500THz)常用的光學窗口材料。結合樣品1#的寬頻(2000nm一200nm)吸收系數實驗(見圖),結果表明MgF2單晶材料在THz遠紅外區域仍然適合做光學窗口材料。