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Ge-Ga-S基硫卤玻璃优良的光学性能和稀土掺杂后良好的光谱特性使其在红外光纤、光纤放大器、全光开关器件等领域有广泛的应用前景,因而引起了人们极大的关注。目前G-e-Ga-S基硫卤玻璃体系中掺入氯化物和碘化物方面的研究工作较为深入,而对溴化物掺入的玻璃体系研究甚少,因此本课题组选择CeS2-Ga2S3-KBr硫卤玻璃为研究对象,系统研究了GeS2-Ga2S3-KBr硫卤玻璃掺杂稀土离子前后的组成、结构与性能,它对于开发新型红外光纤材料具有十分重要的理论意义和应用价值。
本文利用X射线衍射谱、差热分析、紫外-可见光谱、红外光谱和拉曼光谱等技术研究了CeS2-Ga2S3-KBr三元系硫卤玻璃的结构与性能以及稀土离子掺杂对玻璃结构与性能的影响,分析与探讨了Pr3+掺杂玻璃的发光机制。
研究了GeS2-Ga2S3-KBr三元体系的玻璃形成区特性,确定了具有最佳玻璃形成能力的组成为：0.64GeS2-0.16Ga2S3-0.2KBr;随KBr含量的增加,玻璃的红外截止边基本没变,紫外截止边发生蓝移；玻璃的结构为以GeS4和CaS4四面体为主构成的玻璃三维网络,基本结构单元[GeS4]和[GaS4]四面体都是通过桥S连接。KBr加入后,Br起中止键作用取代S,使桥S形成非桥S,形成混合阴离子团GaS3/2Br,K+离子在玻璃网络中充当调整电荷的作用,填充于[S3GaBr]形成的网络空隙中。
以具有最佳玻璃形成能力、组成为0.64GeS2-0.16Ga2S3-0.2KBr的硫卤玻璃为基质玻璃,掺稀土Pr3+离子,结果表明：玻璃有很好的固溶稀土离子能力；玻璃稳定性和形成能力变差,这主要是Cl-离子起断键作用。但随着Pr3+含量的增加,这种变化趋势减缓,这主要是Pr3+在一定程度上增强了玻璃的网络结构；Pr3+含量增加没有改变玻璃的红外截止边,而紫外截止边发生蓝移；用300nm的激光激发掺Pr3+的玻璃样品,得到445nm处明显的发光峰,随着稀土离子Pr3+含量的增加,荧光强度逐渐增强,当PrCl3掺杂比例达到0.3％mol时,该强度达到极大值,其含量继续增加时,荧光强度逐渐减弱,这是由于发生了浓度淬灭效应。