新型碲酸鹽系統(tǒng)信息玻璃材料的研究.pdf

1、非線性光學(xué)材料在圖像處理、全光開關(guān)、光學(xué)存儲(chǔ)和記憶系統(tǒng)等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，得到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，因此近年來(lái)有關(guān)非線性光學(xué)及其材料的研究層出不窮。目前常見的非線性光學(xué)固體材料包括非線性光學(xué)晶體材料、有機(jī)高分子材料和非線性光學(xué)玻璃材料等。其中非線性光學(xué)玻璃材料的三階非線性光學(xué)性能雖然不及部分有機(jī)高分子材料和半導(dǎo)體晶體材料，但卻具有比后兩者高得多的綜合品質(zhì)因數(shù)和光纖耦合性能。同時(shí)，與晶體材料相比，非線性光學(xué)玻璃材料具有優(yōu)良

2、的機(jī)械穩(wěn)定性和成型能力，容易制成大塊的光學(xué)器件，制作工藝簡(jiǎn)單且成本較低，因而成為近來(lái)各國(guó)的研究熱點(diǎn)。在非線性光學(xué)玻璃材料中，碲酸鹽系統(tǒng)玻璃材料憑借優(yōu)良的綜合品質(zhì)、較高三階非線性光學(xué)極化率、超快光學(xué)響應(yīng)、較寬的紅外透過(guò)窗口、較好的化學(xué)穩(wěn)定性和較低的熔化溫度而備受關(guān)注，而以鈮碲酸鹽系統(tǒng)為基礎(chǔ)的新型碲酸鹽系統(tǒng)重金屬氧化物玻璃則表現(xiàn)出更為優(yōu)秀的綜合品質(zhì)，極有希望成為制作新型光學(xué)器件的理想材料。在本研究中，我們對(duì)TeO2-Nb2O5系

3、統(tǒng)重金屬氧化物玻璃的組成和玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間關(guān)系、玻璃組成、結(jié)構(gòu)與線性、非線性光學(xué)性能之間關(guān)系進(jìn)行了研究和探討，主要結(jié)論如下：1.探明了TeO2-Nb2O5系統(tǒng)玻璃的熔制工藝條件，該系統(tǒng)玻璃750～800℃下即能制成 光學(xué)品質(zhì)優(yōu)良的玻璃材料，制備工藝簡(jiǎn)單、成熟，適合制成大尺寸優(yōu)質(zhì)的非線性 光學(xué)玻璃材料;2.在Te02-Nb2O5系統(tǒng)玻璃中，Nb5+的引入將改變玻璃中碲氧、鈮氧結(jié)構(gòu)單元的種類， 影響鈮碲酸鹽玻璃

4、的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響材料的線性和非線性光學(xué)性能：3.在TeO2-Nb2O5二元系統(tǒng)玻璃中，Nb2O5含量能改變玻璃的析晶性能，有規(guī)律地調(diào) 整析出晶型的種類和析出溫度，并影響材料的相關(guān)性能；4.在TeO2-Nb2O5基玻璃中引入堿金屬、堿土金屬離子、中高價(jià)離子和高極化率離子、 稀土離子以及傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)形成離子均會(huì)對(duì)玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯的影響， Zn2+、Ce４+、Ho3+等離子的適當(dāng)引入將有利于材料

5、的三階非線性光學(xué)性能：5.TeO2-Nb2O5基玻璃的透過(guò)窗口為0.403～5.5μm，具有較寬的窗口寬度，線性光學(xué) 性能優(yōu)良；6.TeO2-Nb2O5-ZnO系統(tǒng)玻璃的非線性光學(xué)效應(yīng)源于電子云非線性極化效應(yīng)，利用前 向簡(jiǎn)并四波混頻法(DFWM)測(cè)定的三階非線性極化率x⑶為9.2×10-13 esu，響應(yīng) 時(shí)間可達(dá)400～620fs量級(jí)，具有寬廣的應(yīng)用前景：7.在TeO2-Nb2O5-ZnO系統(tǒng)玻璃中摻入適

6、當(dāng)?shù)南⊥岭x子，可以獲得更好的三階非線性 光學(xué)性能。含0.5wt％Ce4+的TeO2-Nb2O5-ZnO系統(tǒng)玻璃在532nm處的x⑶值為 4.6×10-12esu，而含0.25wt％Pr3+玻璃在800nm處的x(3)值為2.33×10-12esu。摻入稀 土氧化物后玻璃的三階光學(xué)非線性受稀土離子電子能級(jí)躍遷的影響明顯，同時(shí)其 對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)的作用也會(huì)對(duì)x(3)產(chǎn)生一定的貢獻(xiàn)；8.含0.25wt％HO2O3的