Ge_(28)Sb_6S_((66-x))Se_x玻璃系统光学特性与结构

采用熔融-急冷法制备了系列Ge28Sb6S(66-x)Sex(x=0,10,20,30摩尔比)硫系玻璃样品.分别测试了样品的密度、折射率、可见-近红外透过光谱、红外透过光谱以及喇曼光谱,并分析了在Ge-Sb-S中引入Se对其物理、光学特性的影响.利用喇曼光谱讨论了玻璃的结构与特性之间的关系.结果表明:随着Se含量的增加,样品的密度和线性折射率都增大,可见和红外截止波长都发生红移,纯硫化物玻璃样品主要由GeS4四面体和SbS3三角锥组成,随着Se逐渐代替S,硫-硒混合样品中逐渐出现了GeS4-xSex结构单元以及链状和环状的Se-Se键.     

高激光损伤阈值Ge-As-S硫系玻璃光纤及中红外超连续谱产生

测量了Ge-As-S系列硫系玻璃在中红外波段的飞秒激光损伤阈值,研究了它与玻璃化学组成的关系.基于优化的玻璃组成,采用棒管法制备了芯径为15μm的阶跃折射率非线性光纤.采用飞秒脉冲抽运光纤,研究了光纤中超连续谱(supercontinuum,SC)的产生特性.在研究的Ge-As-S硫系玻璃中,具有化学计量配比的Ge0.25As0.1S0.65玻璃显示出最高的激光损伤阈值.以该玻璃作为纤芯材料、以与其相匹配的Ge0.26As0.08S0.66玻璃作为包层材料制备的光纤的数值孔径约为0.24,背景损耗<2 dB/m.采用4.8μm的飞秒激光抽运长度为10 cm的光纤,获得了覆盖2.5-7.5μm的SC.这些结果表明,Ge-As-S硫系玻璃光纤是一种有潜力的中红外高亮度宽带SC产生的非线性介质.     

GeS_2-Ga_2S_3-Sb_2S_3-AgCl玻璃的三阶非线性光学特性

采用熔融-急冷法制备了(100-x)Ge20Ga5Sb10S65-xAgCl(x=0,5,10,15,20mol%)系列硫卤玻璃,测试了样品的密度、从可见到中远红外的透过性能以及折射率参量,根据Z-扫描测试原理用钛宝石飞秒激光器测试了样品的三阶非线性特性随波长变化的特性.结果表明:非线性折射率n2和非线性吸收系数β随着波长的增加而增加,AgCl含量为20mol%的样品在800nm处的非线性折射率n2=1.581×10-10esu,非线性吸收系数β=4.707cm/GW.与传统硫系玻璃相比,三阶非线性性能明显提高.     

结合高分辨率X射线光电子能谱和拉曼散射研究GexGa8S92-x玻璃结构

本文在固定Ga原子含量为8%的情况下,结合高分辨率X射线光电子能谱和拉曼散射光谱对硫系玻璃Ge_xGa₈S_92-x(x=24%,26.67%,29.6%,32%和36%)的结构进行了研究.通过分析玻璃结构中各单元结构的演变情况,发现玻璃内部网络结构主要为S原子桥接GeS₄和GaS₄四面体结构.随着Ge含量的逐渐增大,S链状或环状结构单元迅速减少,并消失于Ge_26.67Ga₈S_65.33玻璃组分中;而类乙烷结构S₃Ge-GeS₃中的Ge—Ge同极键和S3Ge/Ga-Ga/GeS3结构中的M—M (Ge—Ge,Ga—Ga或Ge—Ga)同极键同时出现于Ge_29.6Ga₈S_62.4玻璃中,并且其结构数量随着Ge含量的增大而逐渐增加.由此可以判定,首先,在硫系玻璃Ge_xGa₈     

Ge-As-S硫系玻璃的结构与性能调控

制备了系列具有不同化学配比特征的Ge-As-S硫系玻璃,并研究了玻璃的结构、折射率和光学带隙(Eg).Ge-As-S玻璃具有以[Ge S_4]四面体和[As S_3]三角锥为骨架结构单元相互交联形成的连续网络结构,当S过量时,结构中出现S链或S_8环;当S不足时,结构中形成As_4S_4/As_4S_3分子,甚至出现大量AsAs/Ge-Ge同极键.玻璃的组成元素在2—10μm波段的摩尔折射度分别为R_(Ge)=9.83—10.42 cm~3/mol,RAs=11.72—11.87 cm~3/mol和R_S=7.78—7.86 cm3/mol.Ge-As-S玻璃的折射率与密度和组成元素的摩尔折射度之间存在较好的定量关系,可根据该定量关系在1%偏差内对玻璃的折射率进行预测或调控.提出了采用玻璃粉末的漫反射光谱确定可靠Eg的方法,通过该方法可获得玻璃的强吸收数据用于确定Eg.Ge-As-S玻璃的Eg与玻璃的平均键能之间存在较好的关联,S含量较高的玻璃更倾向于具有较大的平均键能,因此具有较大的Eg.     

GeS2-Ga2S3-CsCl玻璃的三阶非线性光学性能研究

用传统的熔融急冷法制备了组分为(100-2x) GeS₂-xGa₂S₃-xCsCl (x= 15, 20, 25 mol%)系列硫卤玻璃, 测试了样品玻璃的吸收光谱. 采用Z-扫描方法测试了样品的三阶非线性光学特性. 分析了激光光子能量与玻璃三阶非线性光学特性的关系,并研究了组分变化对玻璃的三阶非线性性能的影响. 研究结果表明,光子能量的少许改变可以使非线性吸收系数在一个较大的范围内变化,随着光子能量的增大, 玻璃的非线性吸收系数β 增大;当光子能量趋近于0.5E_g时, β值趋近于0,玻璃有最佳的品质因子; 玻璃样品中CsCl含量的增加使得玻璃的光学带隙E_g增大,短波截止边蓝移,非线性吸收系数β 减小. 但是由于结构与带隙对光学非线性的影响相反,非线性折射率γ 值变化不大. 该结果表明样品的光学非线性性能由光学带隙和结构两方面因素共同决定,对今后研究全光开关用硫系玻璃具有一定的指导意义和参考价值.     

Ge-Sb-Se硫系玻璃的折射率和热光系数

Ge-Sb-Se硫系玻璃被认为是极佳的红外传输材料和有潜力的非线性光学材料.在光学设计中,玻璃的线性折射率(n)及其热光系数(ζ)是关键技术参数.以预测和调控Ge-Sb-Se玻璃的n和ζ为目的,考察了玻璃的n,ζ,密度(d)和体积膨胀系数(β)与化学参数dSe和拓扑网络结构参数r的内在联系.研究发现,玻璃的n随d的增加而增大;ζ随β的增大而近似线性减小;β随dSe的减小或r的增大而减小;当Ge含量固定时, d随dSe的减小或r的增大而增大,当Sb含量固定时, d在dSe=0时具有最小值.基于实测d和n,拟合获得了Ge, Sb和Se元素在2—12μm波段的摩尔折射度(R_i),分别为R_(Ge)=10.16—10.50 cm~3/mol,RSb=16.71—17.08 cm~3/mol和RSe=11.15—11.21 cm~3/mol,根据d和R_i计算得到的n与实测值的偏差小于1%.基于实测ζ和β,拟合得到了Ge, Sb和Se元素在2—12μm波段的摩尔折射度温度系数(φ_i),分别为φ_(Ge)=21.1—22.6 ppm/K,φ_(Sb)=7.2—8.4 ppm/K和φ_(Se)=90.2—94.2 ppm/K,根据β和φ_i计算得到的ζ与实测值的偏差小于6 ppm/K.     

新型硫族化合物在中红外非线性光学晶体方面研究进展

利用红外非线性光学晶体材料对已有的成熟的激光光源进行频率转换是获得3~5μm和8~12μm"大气窗口"红外激光的主要方法。传统的红外非线性光学晶体存在缺陷,不能满足应用要求,需要探索新型的红外材料。综述了以硫族化合物为研究对象,寻找新型中红外非线性光学晶体材料的研究进展。介绍了Li MQ2(M=Ga,In;Q=S,Se,Te),BaGa4S7,BaGa4Se7,BaGa2MQ6(M=Si,Ge;Q=S,Se)及Li2In2MQ6(M=Si,Ge;Q=S,Se)的研究进展。     

水溶性CdTe量子点的三阶光学非线性极化特性

利用超短脉冲Z扫描技术和光学Kerr效应研究了以巯基丙酸为稳定剂的CdTe量子点水溶液的三阶光学非线性极化特性. 在532nm,30ps和800nm,130fs脉冲激光激发下, 发现分别具有正负相反取值的三阶光学非线性折射率,自由载流子吸收和双光子吸收分别是这两种脉冲激光激发下三阶光学非线性吸收的起因. 测量得到CdTe量子点的三阶光学非线性极化率约为CS₂的32倍, 在520—700nm光谱区的CdTe量子点的光学响应时间小于400fs. 关键词： CdTe量子点(QDs) Z扫描 三阶光学非线性极化特性 双光子吸收     

Na_2Ge_2Se_5电子结构和光学性质的第一性原理研究

Na_2Ge_2Se_5是一种优异的红外非线性晶体材料.采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法对Na_2Ge_2Se_5进行结构优化,并以此为基础计算研究了Na_2Ge_2Se_5的电子结构和光学性质.结果表明:Na2Ge2Se5是宽禁带间接带隙半导体,价带至导带的电子跃迁主要来自于Ge和Se的48,4p态;Na对光学性质的贡献较小,Ge和Se之间的相互耦合作用决定了Na_2Ge_2Se_5的光学性质;该晶体在紫外区有强烈的反射和吸收,静态折射率为2.133,双折射率值适中,为0.145.理论计算结果表明,Na_2Ge_2Se_5是一种性能优良的红外非线性光学晶体材料.     

Ge-Ga-Cd硫化物玻璃的超快三阶非线性光学性质与结构关系研究

本文采用飞秒时间分辨光学克尔门技术测量了GeS2-Ga2S3-CdS硫化物玻璃体系的超快三阶非线性光学响应，所用激光波长分别为820nm和640nm。?实验结果证明了GeS2-Ga2S3-CdS组分玻璃具有很大的飞秒超快三阶非线性光学响应，另外，其Kerr信号随摩尔组分的不同呈显著变化。通过拉曼光谱结构分析，探讨了此系列硫化物玻璃的三阶非线性光学性质与结构的关系，结果表明构成玻璃网络的四面体结构单元[GeS4]([GaS4])对其超快三阶光学非线性起重要作用。实验还表明了此硫化物玻璃体系的超快三阶非线性不符合半经验的Miller定律。     

GexSb20Se80-x玻璃的拉曼光谱和X射线光电子能谱

用拉曼散射光谱和X射线光电子能谱研究了Ge_xSb₂₀Se_80-x(x=5 mol%, 10 mol%, 15 mol%, 17.5 mol%, 20 mol%和25 mol%)玻璃的结构. 通过对拉曼光谱和X射线光电子能谱(Ge 3d, Sb 4d 和Se 3d谱)进行分解, 发现当硫系玻璃处于富Se状态下时, 玻璃结构中会出现Se–Se–Se结构单元, 其数量随着Ge含量的增加而迅速减少, 并最终在Ge₁₅Sb₂₀Se₆₅玻璃结构中消失; Ge和Sb原子分别以GeSe_4/2 四面体和SbSe_3/2三角锥结构单元在玻璃结构中出现, GeSe_4/2四面体结构单元的数量会随着Ge浓度的增加而增加, 而SbSe_3/2三角锥结构单元的数量基本保持稳定. 另一方面, 在缺Se的硫系玻璃中, 玻璃会有Ge–Ge和Sb–Sb同极键产生, 随着Ge含量的增大, 这种同极键的数量会越来越多; 而GeSe_4/2四面体和SbSe_3/2三角锥结构的数量则相应减少. 在所有玻璃样品的结构中均有同极键Se–Se的存在. 当玻璃组分越接近完全化学计量配比时, 异质键Ge–Se和Sb–Se将占据玻璃结构中的主导地位, 同极键Ge–Ge, Sb–Sb和Se–Se 的比例降为最小.     

Ge28Sb6S(66－x)Sex玻璃系统光学特性与结构

采用熔融-急冷法制备了系列Ge₂₈Sb₆S_(66－x)Se_xSe_x(x=0,10,20,30摩尔比)硫系玻璃样品.分别测试了样品的密度、折射率、可见-近红外透过光谱、红外透过光谱以及喇曼光谱,并分析了在Ge-Sb-S中引入Se对其物理、光学特性的影响.利用喇曼光谱讨论了玻璃的结构与特性之间的关系.结果表明：随着Se含量的增加,样品的密度和线性折射率都增大,可见和红外截止波长都发生红移,纯硫化物玻璃样品主要由GeS₄四面体和SbS₃三角锥组成,随着Se逐渐代替S,硫-硒混合样品中逐渐出现了GeS_4－xSe_x结构单元以及链状和环状的Se-Se键.     

Ga2S3-Sb2S3-Ag2S硫系玻璃和光纤的制备及性能研究

本工作确定了一种新型的Ga₂S₃-Sb₂S₃-Ag₂S硫系玻璃体系的玻璃形成区,研究了玻璃的热稳定性和光学性能、稀土离子掺杂玻璃的中红外发光特性以及玻璃的成纤性能,评估了该玻璃在中红外波段的应用潜力.实验结果表明,Ga₂S₃-Sb₂S₃-Ag₂S体系的玻璃形成区为～10%—30%Ga₂S₃,～60%—80%Sb₂S₃和～0—15%Ag₂S(均为摩尔分数);该玻璃具有较宽的红外透过范围(～0.8—13.5μm)、较高的线性折射率(～2.564—2.713@10μm)和较大的三阶非线性折射率(～9.7×10^-14—15.7×10^-14 cm²/W@1.55μm);使用1.32μm激光抽运,稀土离子Dy...     

CuO薄膜的三阶非线性光学特性研究

采用脉冲激光沉积技术在Si(100)和熔石英基片上制备了单相的CuO薄膜.通过X射线衍射仪,拉曼光谱仪,场发射扫描电镜和紫外可见光光度计对薄膜的结构,表面形貌和光学性质进行了表征. 场发射扫描电镜结果表明CuO薄膜中晶粒排列致密且分布均匀,其尺寸约为45nm.结合飞秒激光(800nm,50fs)和Z扫描方法测量了薄膜的三阶非线性光学特性,结果表明CuO薄膜具有超快的非线性光学响应且非线性折射率和非线性吸收系数均为负值,其大小分别为-3.96×10^-17 m^{2< 关键词： CuO薄膜 Z-扫描')" href="#">Z-扫描 三阶光学非线性}     

Homopolar bonds in Se-rich Ge-As-Se chalcogenide glasses

We have prepared three groups of Ge–As–Se glasses in which the Se content is 5.5 mol%, 10 mol%, and 20 mol%rich, respectively. We explored the possibility of suppressing the formation of the Ge–Ge and As–As homopolar bonds in the glasses. Thermal kinetics analysis indicated that the 5.5 mol% Se-rich Ge_(11.5)As_(24)Se_(64.5) glass exhibits the minimum fragility and thus is most stable against structural relaxation. Analysis of the Raman spectra of the glasses indicated that the Ge–Ge and As–As homopolar bonds could be almost completely suppressed in 20 mol% Se-rich Ge_(15)As_(14)Se_(71) glass.     

TeO2-Nb2O5-BaCl2玻璃的结构及光学性能研究

用传统熔融法制备了一种新型的氧氯碲酸盐玻璃:（90-x）TeO₂-10Nb₂O₅-xBaCl₂（x=10,20,30）,用密度比重天平、显微拉曼光谱仪、红外-可见-紫外分光光度计和棱镜耦合仪研究了组分变化对玻璃密度、结构、光学性质、折射率和色散的影响.研究结果表明:随玻璃中BaCl₂含量增加,玻璃密度出现了先增大后减小的现象;玻璃结构中双三角锥体[TeO₄]量减少,三角棱锥体[TeO₃]量增加;玻璃的折射率逐渐减小.新型的氧氯碲酸盐玻璃具有较高的线性折射率n_max=2.02259,非线性折射率N₂=6.8×10^-12esu与三阶非线性极化率χ^（3）=3.7×10^-13esu.制备的新型碲酸盐玻璃在可见和中红外光谱区具有高透过,在近紫外光谱区具有明显的吸收截止波长,且随BaCl₂含量增加吸收截止波长发生了明显的蓝移现象.利用经典的Tauc方程计算了玻璃样品的直接跃迁光学带隙和间接跃迁光学带隙,玻璃的光学带隙随BaCl₂含量增加而增大.     

适用于全光开关的[(C3H7)4N][Au(C3S5)2]三阶非线性光学性质研究

合成了一种金属有机配合物[(C3H7)4N][Au(C3S5)2].配制了浓度为1×10－3 mol/L的[(C3H7)4N][Au(C3S5)2]/乙腈溶液,并用旋涂法制备了掺杂浓度质量比为1%的[(C3H7)4N][Au(C3S5)2]/PMMA复合薄膜.运用Z扫描方法,分别研究了样品溶液和薄膜在波长为1 064 nm,脉宽为20 ps条件下的三阶非线性光学性质.研究发现薄膜的三阶非线性极化率χ(3)比溶液高出三个数量级.其中,薄膜的非线性折射率n2为－1.76×10－15 m2/W、三阶非线性极化率χ(3)为9.37×10－10 esu.结果表明,该材料在全光开关方面具有潜在的应用价值.     

Bi_2O_3-B_2O_3-Ga_2O_3玻璃的三阶非线性研究

采用传统熔融淬冷法制备了4组高Bi2O3含量的Bi2O3-B2O3-Ga2O3玻璃样品。测试了样品的密度、折射率和透过光谱,并分析了它们和Ga2O3含量之间的关系,拟合了样品的线性折射率随波长的变化曲线。根据Z扫描实验原理,利用钛宝石飞秒激光器测量了800 nm波长下各个样品的三阶非线性折射率n2以及非线性吸收系数β。结果表明:随着Ga2O3含量的增加,样品的线性折射率n0和三阶非线性折射率n2也随之增加,线性折射率最大样品对应的n2和β分别为3.331×10-18m2/W和0.695 cm/GW,表明该系列玻璃样品是一种优良的三阶非线性光学基质材料。     

4.3μm低损耗硫系空芯光子带隙光纤结构设计及性能研究

运用平面波展开法分析As2S3、Ge20Se65Sb15和As2Se3硫系玻璃光纤在不同空气填充率下的带隙分布图,分析结果表明三种材料在空气填充率提高到0.75时,光子带隙与空气线均出现交汇模式,且带隙宽度大,纤芯空气孔中适宜进行激光传输.运用有限元法分析不同纤芯孔直径的Ge20Se65Sb15硫系玻璃空芯光子带隙光纤的基模限制损耗和有效模场面积,结果表明纤芯直径9.2μm时限制损耗最低,模场面积较小.通过优化光纤的结构参量,适合于4.3μm波长处高功率中红外激光传输的空芯光子带隙光纤,其限制损耗为0.00472dB/m,有效模场面积为58.046μm2.