论文部分内容阅读
近年来,随着人类社会步入高速信息时代,全光通信,光学计算,光学存储等领域急速发展,对于光开关、波长转换器、光滤波器等无源器件的研究需求日益增加,然而这些器件必须依赖具有良好非线性光学性能的材料。在众多非线性光学材料中,硫系玻璃具备良好的光学三阶非线性特性,其非线性折射率系数的值是石英玻璃的1000倍,且易于加工成光纤,薄膜,进而制作成各类器件。硫系玻璃是指硫族元素(S、Se、Te)为主,引入元素周期表中第Ⅲ、Ⅳ和V主族的元素而形成的玻璃网络材料。硫系玻璃拥有超宽的红外透过范围、较低的光学损耗、较好的热稳定性与结构稳定性和较高的非线性折射率。对于S基玻璃来说,其红外透过谱比较窄,12μm截止,而Te基玻璃的热稳定性较差。Se作为中间元素,其组成的玻璃能解决以上缺陷。同时,在基质硫系玻璃中通过热处理等方式引入纳米微晶颗粒,可以进一步改善硫系玻璃的热力学、机械性能,亦可以提高其三阶光学非线性性能。本文的主要目的是通过熔融淬冷法制备一系列组分的Sn-Sb-Se硫系玻璃,通过后续的测试对基质的玻璃组分进行机械性能、光学性能以及结构的分析,对之间的因果关系作系统分析讨论,再通过分组进行热处理分析得到Se基微晶玻璃,再经过进一步的分析,最终制备出具有高非线性性能的可应用的微晶玻璃材料。具体内容如下:(1)Sn-Sb-Se硫系基质玻璃的网络结构、机械性能以及光学性能的研究。通过测试制备玻璃样品的维氏硬度,获得不同组分玻璃的机械性能,利用平均配位数(MCN)理论分析基质玻璃机械性能与元素组成的关系。结果表明当MCN值小于2.4时,硬度随MCN呈平方或立方增长,当MCN大于2.4时,几乎保持不变。通过元素拓扑分布得到了Sb元素是提高基质玻璃机械性能的关键。(2)Sn-Sb-Se硫系微晶玻璃的制备、机械性能以及光学性能的研究。根据之前的研究确定了可应用的最佳组分Sn9.8Sb17.22Se72.98以及对比组分Sn6.23Sb14.11Se79.66,通过DSC(差示扫描量热仪)热分析得到基质玻璃的玻璃转变温度Tg,从而设计热处理温度以及时间,通过多次实验制备了微晶硫系玻璃。通过分析维氏硬度、光学带隙Eopg等与热处理时间关系,发现在一定范围内,随着热处理时间增加,微晶玻璃的机械性能增强,Eopg值减小。XRD(X射线衍射仪)谱分析结果表明,Sb2Se3晶体的产生及生长是上述变化的根本原因。Sn-Sb-Se硫系微晶玻璃的线性、非线性光学性质的研究。利用椭偏仪测试制备样品的1.7μm至15μm的线性折射率。重点利用Z扫描技术测试微晶玻璃的三阶非线性折射率。通过拉曼光谱分析结构变化对非线性光学参数的影响。最终通过综合分析实验结果,制备可应用的高光学非线性性能的硒基硫系玻璃材料。