光致热敏折射率玻璃的制备及其特性研究

论文摘要

随着激光技术和光通信技术的飞速发展,作为光谱和空间角度滤波器件的衍射光学元件的需求量不断增加。目前,高功率激光系统的研究对于具有高破坏阈值的光学元件有着很大的需求。而传统的表面刻划式光栅,在超高功率（万瓦量级）光学系统中,将会因为光栅本身破坏阈值无法满足超大功率而被损坏。所以拥有高破坏阈值的体光栅引起广泛地关注。上世纪七十年代,在块状光敏材料中通过折射率调制可以制备体衍射光栅的优势就很清楚。几十年来,不断有各种光敏材料研制成功:卤化物银感光乳液、感光性树脂、光敏聚合物、光热塑料、掺有不同价稀土元素的氧化物、掺锗的硅玻璃以及光折变晶体等。但是这些材料在处理过程中会收缩,并且对于湿度也很敏感,不能承受高功率激光的辐射。所以制备理想的全息光栅对材料提出了很高的要求:其应该具有与使用激光波长很好匹配的光谱选择性、线性传输特性、高的分辨率以及低的噪声、高破坏阈值以及可再利用。本文针对这一问题,制备拥有良好光学性能和高破坏阈值的光致热敏折射率玻璃,使其可以用于三维全息记录,制备体布拉格光栅。我们采用掺氟化物钠玻璃体系,设计出基于SiO2-Na2O-Al2O3-ZnO为玻璃主要成份并掺杂CeO2、AgNO3和NaF等的一系列玻璃配方,在1450℃左右融化,制成拥有良好光学性质（均匀性、无气泡、无条纹、透明性好）的光学玻璃。然后对玻璃样品在520640℃的温度条件下热处理,考察玻璃的析晶特性。并采用X射线衍射分析和差热分析等手段检测微晶成分及样品的析晶放热过程,讨论不同配方的析晶特性。我们从助熔剂,晶核剂,氟化物几个角度讨论了玻璃配方参数对样品析晶特性的影响。我们得出助溶剂B2O3,在高温条件下对粘度降低得效果不大,但是却容易降低玻璃在低温状态时的粘度,这样容易使玻璃在600℃左右的热处理温度处软化。所以在我们的PTR样品制备中就不再引入B2O3。通过不同晶核剂Ag和Ti的对样品析晶性能的对比,确定Ag是PTR玻璃晶核剂的最佳选择。通过对不同氟化物含量的样品的析晶特性测试,得到结论:当F含量较低时,热处理后参与形成NaF微晶的量将严重不足,热处理后无法观察到析晶,当F含量过高时,在浇注出炉时就发生晶化,不具有实用价值。只有将F的含量控制在一个合理的范围,才能使所制玻璃有良好的光敏微晶特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 玻璃的物质结构特点
• 1.2 光敏玻璃的研究发展历史
• 1.3 本课题的主要内容
• 2 PTR 玻璃的成分选择和制备
• 2.1 光敏玻璃的光敏原理
• 2.2 光热敏折射率玻璃成分的功能和选择
• 2.3 PTR 玻璃的制备
• 2.4 PTR 玻璃的热处理
• 3 PTR 玻璃析晶特性的测量方法
• 3.1 X 射线衍射物相分析
• 3.2 差热分析（DTA）和差示扫描量热分析（DSC）
• 4 PTR 玻璃析晶特性
• 4.1 助熔剂硼酸对玻璃析晶特性的影响
• 4.2 Ti 和Ag 对玻璃析晶特性的影响
• 4.3 氟化物含量对玻璃析晶特性的影响
• 4.4 样品的差示扫描量热（DSC）分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献