光子晶体玻璃光热敏特性的研究及其折射率变化的测量

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随着激光技术和通信技术的迅速发展,用于空间角度和光谱滤波器的衍射光学元件-体光栅的需求不断增加。传统制作光栅的材料因具有较低的激光损伤阈值,而无法满足大功率激光系统的应用,同时制作大面积的体光栅具有较高的技术难度。光子晶体(Photo-Thermal-Refractive)玻璃是一种易于制作大面积体光栅具有高激光损伤阈值的的材料。  在Na2O-ZnO-Al2O3-SiO2基础玻璃体系中,引入Ce3+作为感光剂、Ag+作为光敏剂,加入少量Sb2O3和SnO2作为热敏化剂,利用高温熔融法制备光热敏玻璃。在引入B2O3替代部分SiO2后,玻璃熔制温度降低到1450℃,高温熔制时间缩短到2h。通过对光子晶体玻璃进行紫外曝光和热处理,结合EDS、DSC、透过率测试、X射线衍射分析、扫描电镜等测试手段,对样品的微观元素分布、热性能、光吸收、晶粒大小、析晶形貌等关键性质进行分析讨论。  实验中我们发现合适的曝光和热处理玻璃的光敏性能较好。由于玻璃中添加的是Ce3+,因此曝光的最佳波长是305nm,曝光剂量由曝光时间来控制。用DSC测试来确定玻璃热处理的二阶梯式温度,温度范围约460~520℃和500~560℃。对曝光和热处理之后样品进行透过率的测试,从曲线上可以看出光子晶体玻璃在400nm-2800nm波段透过率达80%以上。对处理后的样品进行XRD测试,发现玻璃内部有NaF晶体的析出。用SEM图谱观察到光子晶体玻璃中微晶颗粒生长的尺寸大约在0.3-0.8μm之间。其次,研究了光子晶体玻璃的折射率变化的测试和测试的方法。经过对比和研究,利用马赫-增德尔干涉法来对样品进行测试,对样品进行了特殊处理,将刻有光栅的样品横断面切开并进行抛光,将抛光的横断面进行测试,得到光子晶体玻璃的折射率的变化大约为10-4。最后,我们对体光栅的衍射效率、光谱和角度选择性进行了理论分析和模拟,为下一步滤波器的制备做准备。  实验结果表明,光子晶体玻璃具有良好的光热敏特性,在可见-红外波段具有较高的透过率,且玻璃的光敏性能极佳,能够制作体光栅。因此它是一种良好的制作体光栅的材料。
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