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硫卤玻璃作为一种性能优异的红外光学玻璃,其在光电子领域的应用一直受到人们很大的关注。相比于传统氧化物玻璃较短的红外透过截止限(<8μm),硫卤玻璃具有极为宽泛的红外透过范围(>12μm),因而其在中远红外波段具有独特的潜在应用价值。一般而言,硫卤玻璃在光学方面的应用可分为被动和主动光学应用。前者主要涉及硫卤玻璃较高的透红外性能,可以用于制备各种红外光学透镜及应用于热成像系统;后者主要考虑(1)硫卤玻璃极高的非线性光学效应,如硫卤玻璃的其三阶非线性极化率约为石英玻璃的100倍,故可用来制备各种全光开关或通过极化处理后制备倍频器件;(2)硫卤玻璃较低的最大声子能量和较高的受激发射截面,通过掺杂各种稀土离子或重金属离子可用于制备光纤放大器等。
本论文通过各种测试手段,如X射线衍射、可见近红外吸收光谱、红外荧光光谱和Maker条纹图,研究了硫卤玻璃的主动光学特性,包括二次谐波发生和红外发光特性。
作者首次通过热极化方法在高碱金属含量的60GeS2-20Ga2S3-20KBr硫卤玻璃中诱导出很高的二阶非线性极化率(7.0pm/V),并通过改进后的热极化方法在低温下成功诱导出了较高的二次谐波发生效应,此外我们还通过比较极化前后各种光谱的变化,如X射线衍射谱、可见、近红外光谱,研究了热极化方法对玻璃光学性能的影响。作者将通过热极化方法诱导出的高二阶非线性极化率归因于硫卤玻璃本身所具有的极高的三阶非线性系数及玻璃网络结构中大量存在的较弱的极性共价键。
本文首次报道了铋镝共掺硫卤玻璃的红外发光性能。实验结果表明,铋镝共掺后的样品,其铋离子和镝离子在1230和1304nm波段处的发光均显著增强。共掺后样品的荧光半高宽大于170nm为已报道的稀土掺杂玻璃中的最大值。此外,我们讨论了镝离子对铋离子价态的影响,认为镝的引入很可能对铋离子起到还原作用。同时我们将这种铋镝共掺后荧光的增强特性,归因于低价铋离子与三阶镝离子之间的能量传递过程。
上述研究结果表明,硫卤玻璃是一种可用于制备各种全光集成器件的极具发展潜力的新型光学玻璃材料。