【摘 要】
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光热敏折变(Photo-Thermo-Refractive,PTR)玻璃是一种经紫外曝光并热处理后在玻璃内部可控析出Na F微晶的光学玻璃,生成的微晶与玻璃体有一定的折射率差,利用这一折射率调制特性制备的体布拉格光栅具有优异的光谱和角度选择性,在提升激光光束质量、降低激光系统体积以及稳定半导体激光器输出光谱等领域有着重要的应用。传统PTR玻璃为Si-Al-Na-Zn体系,这种体系的PTR玻璃高温粘
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光热敏折变(Photo-Thermo-Refractive,PTR)玻璃是一种经紫外曝光并热处理后在玻璃内部可控析出Na F微晶的光学玻璃,生成的微晶与玻璃体有一定的折射率差,利用这一折射率调制特性制备的体布拉格光栅具有优异的光谱和角度选择性,在提升激光光束质量、降低激光系统体积以及稳定半导体激光器输出光谱等领域有着重要的应用。传统PTR玻璃为Si-Al-Na-Zn体系,这种体系的PTR玻璃高温粘度高,制备时需要极高的熔制温度(1500℃以上)和较长的熔制时间,导致制备难度大,玻璃组分中的氟、溴等元素在高温下易挥发,致使制备的PTR玻璃成品组分不稳定,这些缺陷对PTR玻璃的工程制备和应用造成了极大的困难。本文通过引入硼降低了PTR玻璃的高温粘度,提出了一种新的掺硼PTR玻璃配方,并对其制备工艺、光学性质和成核、热处理机理进行了研究,主要分为以下内容:(1)本文系统性地研究了玻璃各组分在玻璃体中的作用,通过研究玻璃的粘度理论,设计了具有较低高温粘度的PTR玻璃的基质组分;通过研究PTR玻璃的掺杂组分在光、热敏过程中的作用,设计了含硼PTR玻璃的掺杂组分;基于设计的玻璃配方,研究了实验室制备方案,并介绍了该类的玻璃的性能测试方法;(2)研究了含硼PTR玻璃的光热敏性能,确定了该类玻璃的最佳成核、析晶温度,透过率测试表明,热处理后的PTR玻璃在400～2600nm区间内的透过率大于90%,具有优秀的光学透过性,并通过高倍电子透射显微镜和选区电子衍射证明了处理后玻璃中Na F微晶的存在;(3)研究了PTR玻璃中的硼、溴元素对其成核、析晶性能和折射率调制性能的影响,从机理层面论述了硼、溴在PTR玻璃后处理各阶段的作用,为提高PTR玻璃的折射率调制性能提供了理论基础。本文从PTR玻璃的基质、掺杂组分的作用机理与设计、制备工艺成核与析晶热处理机理三个方面为含硼PTR玻璃的研究提供了理论与实验研究基础。
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