本文選題：硫系玻璃　切入點(diǎn)：Ge-Sn-S　出處：《寧波大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來,隨著光通信、全光信息和光學(xué)計算機(jī)等研究工作的飛速發(fā)展,光開關(guān)、波長轉(zhuǎn)換器、光濾波器等無源器件實(shí)用化的需求越來越受到科研工作者的重視,然而要實(shí)現(xiàn)全光通信這一美好目標(biāo),制備出具有良好非線性性能的超快光子學(xué)器件是關(guān)鍵所在。而在非線性光學(xué)特性研究中,材料的三階非線性性能研究是研究的重點(diǎn)所在,原因在于,三階非線性性能對于光通信網(wǎng)絡(luò)中全光開關(guān)、光參數(shù)放大器及全光波長轉(zhuǎn)換器等材料的實(shí)際應(yīng)用有著決定性的影響。在眾多的非線性光學(xué)材料中,硫系玻璃由于其具有較寬的紅外透過范圍(3至5微米及8至14微米波段內(nèi)都擁有較高的透過率)、較高的折射率、良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性及優(yōu)秀的三階非線性性能等優(yōu)點(diǎn),特別是在與傳統(tǒng)的氧化物玻璃相比較中,其非線性折射率系數(shù)的值要比石英玻璃的要高100至1000倍,同時非線性響應(yīng)時間短于200fs,是實(shí)現(xiàn)全光開關(guān)最為理想的材料。因此,基于硫系玻璃材料的光學(xué)器件的研究與設(shè)計已成為目前國際上最為活躍的前沿領(lǐng)域之一。本文的主要目的是通過一系列不同的方法制備得到不同組分的硫系玻璃,通過后續(xù)的測試方法對玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性、三階非線性性能及三者之間的具體聯(lián)系做了系統(tǒng)的分析和討論,最終研究制備得到具有較高非線性性能的光學(xué)通信材料。具體內(nèi)容如下:(1)Ge-Sb-S硫系玻璃的光譜特性及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)閾值行為研究。通過對制備所得的玻璃樣品的測試,獲得了不同組分玻璃的物化及光譜特性,重點(diǎn)結(jié)合拉曼光譜從玻璃內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化情況來對玻璃光學(xué)特性的變化進(jìn)行了系統(tǒng)分析。利用平均配位數(shù)(Z)的模型理論描述了玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化趨勢,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Z值大于2.6時,玻璃的拉曼譜上會出現(xiàn)明顯的新峰,說明玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了閾值行為且構(gòu)成發(fā)生了明顯變化。玻璃網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的新的結(jié)構(gòu)體改變了玻璃整體鍵能的大小,進(jìn)而影響了玻璃的能帶結(jié)構(gòu),光學(xué)帶隙(E_(opg))值也表征出相應(yīng)的閾值行為。(2)Ge-Sn-Se微晶化硫系玻璃的制備及光學(xué)特性研究。在之前對Ge-Sn-Se基質(zhì)玻璃的非線性光學(xué)特性研究中,確定了非線性性能最佳的玻璃組分為Ge20Sn5Se75,因此將其作為我們后續(xù)微晶化處理的基質(zhì)玻璃。經(jīng)過相同溫度不同時間的熱處理操作后,獲得一系列不同的測試樣品。通過XRD圖譜及拉曼光譜測試,確定熱處理系列玻璃中的晶體主要為GeSe_2和SnSe_2晶體。玻璃中形成的晶粒的局部場效應(yīng)導(dǎo)致玻璃樣品的光學(xué)特性發(fā)生變化,如光學(xué)^/隙、Urbach能量等,然而,玻璃的紅外透過特性卻沒有發(fā)生變化。此外,我們還對該系列樣品在1550納米處的非線性性能進(jìn)行了Z掃描測試,測試結(jié)果表明,玻璃樣品中晶粒的形成對非線性性能具有提升作用,最大的非線性折射率達(dá)到了5.319′10-16 m~2/W,幾乎是基質(zhì)玻璃的10倍之多。(3)Ge-Sn-S三元體系硫系玻璃的制備及中遠(yuǎn)紅外光學(xué)特性研究。通過熔融淬冷的方式制備了三個系列的組分不同的玻璃樣品,進(jìn)而確定了該體系玻璃的玻璃形成區(qū)。后續(xù)的光譜分析表明,Ge和Sn元素對于玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響是類似的,然而Sn元素的加入會減小玻璃的光學(xué)帶隙能量而增加玻璃在中紅外波段內(nèi)的透過性。測量波長為3.3微米處的Z掃描實(shí)驗說明,長波段處玻璃的較大的光學(xué)帶隙能量會使得非線性吸收效應(yīng)減弱,而玻璃網(wǎng)絡(luò)內(nèi)[GeS_4]四面體結(jié)構(gòu)單元的較少會使得非線性折射率的值提高。Sn的加入就起到了減少[GeS_4]結(jié)構(gòu)體數(shù)量的作用,從而提升了材料的三階非線性性能。
[Abstract]:In recent years, with the rapid development of optical communication, optical information and optical, computer etc. the research work of the optical switch, wavelength converter, optical filter requirements of passive devices such as practical more and more attention of researchers, however, to achieve this goal better prepared ultrafast all-optical communications, photonic devices has good nonlinear performance is key. In the study of nonlinear optical properties, is the focus of the study, three order nonlinear properties of materials due to the three order nonlinear properties for all optical communication network switch, have a decisive impact on practical application of optical parametric amplifier and wavelength converter and other materials. In many of the nonlinear optical materials, chalcogenide glass because of its wider infrared transmission range (3 to 5 microns to 14 microns and 8 bands have high transmittance, high fold) The injection rate, good thermal and chemical stability and excellent three order nonlinear performance advantages, especially in comparison with the traditional oxide glass, the nonlinear refractive index value of 100 to 1000 times higher than that of quartz glass, and the nonlinear response time shorter than 200fs, is the most ideal all-optical switch materials. Therefore, the research and design of optical devices of chalcogenide glass materials has become the one of the most active fields. Based on the main purpose of this paper is through a series of different preparation methods of different components of chalcogenide glass, through test method on subsequent glass network structure and optical properties specifically, relations between the three and the three order nonlinear properties of the system were analyzed and discussed, the final preparation of optical communication material has high nonlinear properties. The specific contents are as follows: (1) Ge-Sb-S Study on spectral characteristics and network structure of threshold behavior of chalcogenide glass. The prepared glass samples, obtained the physicochemical and spectral characteristics of different components of glass, focus on the combination of Raman spectra from the changes of microstructure of glass to internal changes on glass optical properties were analyzed. The average coordination number (Z) the theoretical model describes the changing trend of glass network structure, found that when the Z value is greater than 2.6, the glass will appear obvious Raman spectrum shows that peak, the glass network structure had a threshold behavior and had an obvious change. The new structure produced in the glass network changed the whole glass button can the size, thereby affecting the band structure of glass, optical band gap (E_ (OPG)) values represent the corresponding threshold behavior. (2) Ge-Sn-Se ceramics preparation and optical properties of chalcogenide glass in system research. Before the study of nonlinear optical properties of the Ge-Sn-Se glass matrix, to determine the optimum performance of the nonlinear glass component is Ge20Sn5Se75, so as we follow the microcrystalline matrix glass processing. After heat treatment of the same temperature and different time, obtained a series of test samples of different. By the XRD spectrum and Raman spectroscopy sure, heat treatment series in glass crystal is mainly GeSe_2 and SnSe_2 crystal. The local field effect crystal glass leads to the formation of optical properties of glass samples changes, such as optical ^/ gap, Urbach energy, however, the infrared transmittance of glass has not changed. In addition, we are also on the nonlinear properties of the series the samples at 1550 nm by Z scan test, the test results show that the formation of grain in a glass sample has the promotion effect on the nonlinear properties, the largest non line Index reached 5.319 '10-16 m~2/W, is almost 10 times as much of the glass matrix. (3) Ge-Sn-S three element system of chalcogenide glass preparation and infrared optical properties of melt quenching. By way of preparation of a series of three components of different glass samples, then the system of glass forming region. The spectral analysis showed that the Ge and Sn elements is similar to the effect on the glass network structure, but added will reduce the glass optical element Sn band gap energy and increase the glass in the middle infrared band transmission. The wavelength was Z scanned 3.3 micron. Long wavelength glass large optical band gap energy makes the nonlinear absorption effect is weakened, and the glass network [GeS_4] tetrahedron structure less makes the nonlinear refractive index value increased with the addition of.Sn is to reduce [GeS_4] structure The effect of body quantity increases the three order nonlinear properties of the material.

【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ171.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳亞明,陶海征;高純硫系玻璃和光纖的制備技術(shù)[J];玻璃與搪瓷;2003年01期

2 薛建強(qiáng),徐曼,龔躍球,趙修建;硫系玻璃的制備、特性及應(yīng)用[J];光電子技術(shù)與信息;2003年04期

3 顧少軒;郭海濤;徐慶;趙修建;;GeS_2-Ga_2S_3-CdS硫系玻璃的紅外光譜研究[J];陶瓷學(xué)報;2007年01期

4 徐翠蓮;王雯潔;;硫系玻璃材料光學(xué)非線性研究進(jìn)展[J];科技信息;2010年04期

5 許彥濤;郭海濤;陸敏;林傲祥;彭波;于鳳霞;;高非線性硫系玻璃的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2010年19期

6 宋寶安;張瑩昭;王喬方;戴世勛;徐鐵鋒;聶秋華;王訓(xùn)四;沈祥;吳禮剛;林常規(guī);;紅外硫系玻璃光學(xué)特性檢測及影響因素分析[J];紅外與激光工程;2012年06期

7 陳國榮,程繼健;高純透紅外硫系玻璃材料的制備[J];硅酸鹽通報;1997年04期

8 楊海,褚乃林,韓兆忠,胡國元;含鍺硫系玻璃中氧吸收的消除[J];稀有金屬;1998年02期

9 陳國榮,章向華;紅外夜視儀用精密模壓硫系玻璃研究進(jìn)展[J];硅酸鹽通報;2004年01期

10 張振遠(yuǎn),凌根華;硫系玻璃紅外光纖[J];玻璃纖維;2005年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 陳惠廣;任和齊;;硫系玻璃材料開發(fā)及產(chǎn)品應(yīng)用[A];中國光學(xué)學(xué)會2011年學(xué)術(shù)大會摘要集[C];2011年

2 趙東輝;聶佳相;陳國榮;M.Frumar;T.Wagner;;硫系玻璃的光學(xué)性能研究[A];中國硅酸鹽學(xué)會2003年學(xué)術(shù)年會玻璃論文集[C];2003年

3 趙東輝;聶佳相;陳國榮;FRUMAR M;WAGNER T;;新型硫系玻璃的紅外光學(xué)透過性能研究[A];中國硅酸鹽學(xué)會2003年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2003年

4 龔躍球;劉斯維;李旭軍;趙修建;;極化方式對硫系玻璃二次諧波的影響機(jī)理研究[A];中國硅酸鹽學(xué)會特種玻璃分會第三屆全國特種玻璃會議論文集[C];2007年

5 陳國榮;;透紅外硫系玻璃的被動及主動光學(xué)性能研究[A];《硅酸鹽學(xué)報》創(chuàng)刊50周年暨中國硅酸鹽學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2007年

6 陳國榮;;透紅外硫系玻璃的被動及主動光學(xué)性能研究[A];《硅酸鹽學(xué)報》創(chuàng)刊50周年暨中國硅酸鹽學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會論文集（二）[C];2007年

7 夏方;章向華;任晶;楊光;H.L.Ma;J.L.Adam;陳國榮;;新型GeS_2-Sb_2S_3-PbS硫系玻璃的成玻與析晶性能[A];2005中國硅酸鹽學(xué)會特種玻璃分會學(xué)術(shù)研討會會議論文集[C];2005年

8 沈祥;聶秋華;徐鐵峰;戴世勛;王訓(xùn)四;陳燕飛;陳飛飛;;Ge_(20)Sb_5Se_(75)玻璃的三階非線性吸收系數(shù)研究[A];中國硅酸鹽學(xué)會特種玻璃分會第三屆全國特種玻璃會議論文集[C];2007年

9 馮雷;曾宇;郭海濤;陶光明;陸敏;彭波;韋瑋;;Dy~(3+)摻雜的中紅外硫系玻璃的光學(xué)及結(jié)構(gòu)特性研究[A];第十二屆全國紅外加熱暨紅外醫(yī)學(xué)發(fā)展研討會論文及論文摘要集[C];2009年

10 王華;夏方;曾惠丹;顧真安;陳國榮;;Ge-As-Se硫系玻璃的伽馬射線輻照效應(yīng)[A];2005中國硅酸鹽學(xué)會特種玻璃分會學(xué)術(shù)研討會會議論文集[C];2005年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 記者 羅忠河;SN鋼材成為日本建筑結(jié)構(gòu)用鋼鋼材主流[N];中國冶金報;2004年

2 何櫸;“勇士”-SN為“特殊使命”沖鋒[N];中國國防報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 潘瑞琨;脈沖激光沉積法制備硫系玻璃薄膜的結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

2 丁麗華;新系統(tǒng)硫系玻璃的制備、性能及應(yīng)用研究[D];華東理工大學(xué);2011年

3 張啟明;硫系玻璃的光致改性與微光子學(xué)器件研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

4 李軍;高非線性硫系玻璃波導(dǎo)的設(shè)計、制備以及性能研究[D];華中科技大學(xué);2014年

5 勞曉東;Sn基焊料在土壤環(huán)境中的腐蝕與浸出行為研究[D];大連理工大學(xué);2016年

6 林常規(guī);GeS_2基硫系玻璃陶瓷的微晶化機(jī)理、可控制備及其性能研究[D];武漢理工大學(xué);2010年

7 魏文猴;Ge-Sb-Se硫系玻璃的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究[D];重慶大學(xué);2014年

8 顧少軒;GeS_2-Ga_2S_3-CdS體系非線性光學(xué)玻璃的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

9 楊海峰;Sn基軟釬料合金的晶須快速生長行為和抑制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

10 袁媛;Sm基過渡金屬體系和Sn基焊料體系的相圖研究[D];中南大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 黃益聰;摻Sn硫系玻璃的制備及光學(xué)特性研究[D];寧波大學(xué);2017年

2 于秋爽;金引入對硫系玻璃三階非線性及納米結(jié)構(gòu)形成影響的研究[D];寧波大學(xué);2015年

3 姜晨;折射率引導(dǎo)型硫系玻璃光子晶體光纖的制備及性能研究[D];寧波大學(xué);2015年

4 黃菲;摻稀土硫系玻璃下轉(zhuǎn)換發(fā)光及含Ag硫系玻璃的性能研究[D];寧波大學(xué);2015年

5 甘渝林;硫系玻璃GeSb(As)Se系列的物理性能分析[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

6 薛改勤;硫系玻璃的均勻性及模壓工藝研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2016年

7 周小勇;單工位模壓機(jī)床設(shè)計及硫系玻璃模壓成形試驗研究[D];湖南大學(xué);2016年

8 王芳;大口徑帶孔硫系玻璃球面透鏡制造技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2014年

9 王雨偉;硫系玻璃的折射率和熱光系數(shù)調(diào)控[D];江蘇師范大學(xué);2017年

10 費(fèi)海明;硫系玻璃基底高強(qiáng)減反膜制備工藝技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2017年

，

本文編號：1678045