本文關(guān)鍵詞：鍺酸鹽玻璃輻致暗化效應(yīng)及抗輻照性能研究

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【摘要】：鍺酸鹽玻璃是一種非常重要的中紅外傳輸和中紅外光纖激光器的基質(zhì)材料,特別是鋇鎵鍺酸鹽(BGG)玻璃因其具有低的聲子能量、高的稀土離子溶解度、高的抗激光損傷閡值及優(yōu)良的物化和機械性能,而成為2.0μm波段光纖激光器一種優(yōu)異的玻璃基質(zhì)材料。但是當(dāng)由此材料制備的光纖激光器應(yīng)用于高能射線輻照環(huán)境中時,如空間應(yīng)用時,伽馬射線輻照會導(dǎo)致鍺酸鹽光纖出現(xiàn)光暗化效應(yīng),降低光纖的傳輸性能以及影響激光器件的穩(wěn)定性和使用壽命。目前,關(guān)于光暗化效應(yīng)的研究主要集中于硅酸鹽以及磷酸鹽基質(zhì)玻璃光纖,而對于鍺酸鹽玻璃和光纖的暗化效應(yīng)研究很少,伽馬射線輻照導(dǎo)致的光暗化機制還有待澄清。本研究以課題組研制的用于2.0μm波段光纖激光器的高摻Tm3+BGG玻璃為研究對象,研究了不同劑量伽馬射線輻照對鋇鎵鍺酸鹽玻璃暗化的影響規(guī)律以及BGG玻璃輻致暗化機制,探索了F、Cl、Br等鹵素和Nb5+金屬離子對BGG玻璃抗輻照性能的影響,研究內(nèi)容和主要研究成果如下：(1)結(jié)合吸收光譜,探究了伽馬射線不同輻照累積劑量對BGG玻璃輻致暗化的影響。研究表明BGG玻璃的輻致?lián)p耗位于260 nm-800 nm波段,且當(dāng)累積劑量不超過100KGy時,輻致?lián)p耗隨著累積劑量的增加而增加；同時輻照累積劑量大于等于50KGy時,輻致?lián)p耗隨累積劑量的增加變化較小。(2)采用透射光譜、EPR圖譜和熱釋光譜綜合分析了BGG玻璃輻致暗化來源。研究發(fā)現(xiàn)BGG玻璃輻致?lián)p耗的形成主要由于在輻照過程中在BGG玻璃結(jié)構(gòu)中形成了Ge-NBOHC和GEC兩種順磁缺陷；同時得到了兩種缺陷對應(yīng)的光學(xué)吸收帶,吸收峰分別位于375 nm和315 nm。(3)提出了可以通過摻雜鹵素(F、Cl、Br)增強BGG玻璃抗輻照性能。發(fā)現(xiàn)摻雜F、Cl和Br均可以減弱甚至消除BGG玻璃可見區(qū)域的輻致暗化,并且使BGG玻璃紫外吸收邊紅移。實驗獲得了F、Cl和Br最佳摻雜濃度分別為3%、1%、3%。(4)通過在BGG玻璃中摻雜Nb205,研究了可變價Nb5+離子對BGG玻璃抗輻照性能的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)摻雜樣品在輻照過程中由于存在Nb3+(?)Nb5+相互轉(zhuǎn)化,抑制了GEC和Ge-NBOHC兩種缺陷的形成,從而抑制BGG玻璃的輻致暗化效應(yīng),實現(xiàn)了增強BGG玻璃的抗輻照性能。實驗研究獲得了抑制BGG玻璃暗化效應(yīng)的Nb205最佳摻雜濃度為1.0%。
【關(guān)鍵詞】：輻致暗化 鍺酸鹽玻璃 抗輻照性能
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ171.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 引言12
• 1.2 輻射源類型和伽馬射線與物質(zhì)相互作用原理12-17
• 1.2.1 輻射源類型12-14
• 1.2.2 伽馬射線與物質(zhì)相互作用原理14-17
• 1.3 輻照效應(yīng)的研究方法17-18
• 1.4 鍺相關(guān)缺陷結(jié)構(gòu)模型18-22
• 1.4.1 非順磁性缺陷18-20
• 1.4.2 順磁性缺陷20-22
• 1.5 玻璃和光纖暗化效應(yīng)國內(nèi)外研究進(jìn)展22-28
• 1.5.1 玻璃和光纖暗化機理22
• 1.5.2 輻致暗化國內(nèi)外研究進(jìn)展22-25
• 1.5.3 光致暗化國內(nèi)外研究進(jìn)展25-28
• 1.6 本課題研究目的與內(nèi)容28-29
• 1.6.1 研究目的28
• 1.6.2 研究內(nèi)容28-29
• 1.7 本課題研究項目來源29-30
• 第二章 實驗及性能表征30-35
• 2.1 實驗原料30
• 2.2 玻璃制備30-31
• 2.3 玻璃輻照實驗31-32
• 2.3.1 輻照實驗中的相關(guān)術(shù)語31
• 2.3.2 輻照實驗設(shè)計31-32
• 2.4 玻璃性能測試和結(jié)構(gòu)表征32-34
• 2.4.1 吸收光譜和透射光譜測試32
• 2.4.2 電子順磁共振譜(EPR)測試32-33
• 2.4.3 熱釋光譜(Thermoluminescence TL)測試33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 伽馬射線誘導(dǎo)鍺酸鹽玻璃暗化效應(yīng)研究35-47
• 3.1 γ射線輻射累積劑量的影響35-37
• 3.1.1 玻璃樣品制備35-36
• 3.1.2 實驗結(jié)果與討論36-37
• 3.2 γ射線輻照BGG玻璃輻致暗化研究37-45
• 3.2.1 實驗方案設(shè)計37-38
• 3.2.2 實驗結(jié)果與討論38-45
• 3.3 本章小結(jié)45-47
• 第四章 鹵素?fù)诫s對鍺酸鹽玻璃抗輻照性能的影響47-65
• 4.1 玻璃樣品的制備47-48
• 4.2 實驗結(jié)果與討論48-63
• 4.2.1 外摻F對BGG玻璃抗輻照性能的影響48-54
• 4.2.2 外摻Cl對BGG玻璃抗輻照性能的影響54-58
• 4.2.3 外摻Br對BGG玻璃抗輻照性能的影響58-62
• 4.2.4 外摻F/Cl/Br的BGG玻璃抗輻照性能的對比62-63
• 4.3 本章小結(jié)63-65
• 第五章 Nb~(5+)摻雜對鍺酸鹽玻璃抗輻照性能的影響65-72
• 5.1 玻璃樣品的制備65-66
• 5.2 實驗結(jié)果與討論66-71
• 5.2.1 摻雜Nb~(5+)的鍺酸鹽玻璃的吸收光譜測試66-69
• 5.2.2 摻雜Nb~(5+)的鍺酸鹽玻璃的EPR測試69-70
• 5.2.3 摻雜Nb~(5+)的鍺酸鹽玻璃抗輻照性能機理分析70-71
• 5.3 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-84
• 攻讀碩士學(xué)位論文期間取得的研究成果84-86
• 致謝86-87
• 附件87

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本文編號：1120227