GeS2-Ga2S3-AgCl硫卤玻璃的组成、结构与性能研究

论文摘要

由于作为透红外光学材料以及非线性光学材料的潜在应用，硫系（硫卤）玻璃受到了人们的重视和关注。而GeS2-Ga2S3基硫系玻璃由于其优越的光学性能、良好的成玻性能以及突出的稀土溶解能力更引起了学者的广泛研究和关注。本文利用X-射线衍射、拉曼光谱、综合热分析、紫外-可见-近红外光谱、超快飞秒时间分辨光克尔门以及Maker条纹测试等技术对准三元GeS2-Ga2S3-AgCl硫卤玻璃的组成、结构和性能之间的关系进行了深入的研究和分析，得到了下述主要结论：确定了准三元GeS2-Ga2S3-AgCl体系的玻璃形成区，Ga2S3和AgCl的最大掺量分别为30mol％和65mol％，而在Ga2S3-AgCl准二元体系中，并无玻璃形成。研究了准三元GeS2-Ga2S3-AgCl硫卤玻璃的拉曼谱，并通过探讨该体系中不同系列上AgCl的引入对微结构单元的影响，成功的给出了各组成系列玻璃拉曼谱的归属和演变。该准三元GeS2-Ga2S3-AgCl体系玻璃的微结构为：玻璃网络的基本结构基团主要由锗（镓）硫氯混合四面体[Ge（Ga）S4-xClx]和类乙烷结构基团[ClxS3-xGe（Ga）-Ge（Ga）S3-xClx]组成；随着AgCl被引入玻璃网络，类乙烷结构基团逐步转变为混合四面体基团；Ag+离子作为电荷补偿体在玻璃网络中以非桥硫为最近邻配位。该准三元GeS2-Ga2S3-AgCl体系玻璃具有相对较高的玻璃化转变温度，良好的热稳定性，宽的透过范围（0.44-12.5μm），较高的折射率以及较大的硬度和密度。在该体系中，随着AgCl含量的增加，玻璃的紫外截止边向长波方向频移，玻璃的转变温度也逐渐降低。通过超快飞秒时间分辨光克尔门技术探测了该体系部分样品在820nm处的超快三阶非线性性能(该体系样品的三阶非线性系数的最大值达到5.26×10-13esu)，光克尔信号的亚皮妙超快响应主要归属于电子云的扭曲。此外，三阶非线性性能与其结构之间的依赖关系也在本文中进行了详细的研究。运用电子束辐射的极化手段，在80GeS2-10Ga2S3-10AgCl组分玻璃中成功观察到了Maker条纹。在适当的极化条件下（加速电压：25 kV；束流：25 nA；时间：15 min），该组分样品的二阶非线性光学系数达到6.1pm／V。并且在辐射前后，Raman光谱没有观察到任何的结构变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Chapter 1 Introduction
• 1.1 Chalcogenide glasses and their applications
• 1.2 Objective of the present thesis
• Chapter 2 Experimental
• 2.1 Glass preparation
• 2.2 Composition analysis （EPMA）
• 2.3 X-ray diffraction （XRD）
• 2.4 Raman scattering （RS）
• 2.5 Thermal properties characterization
• 2.6 Physical properties characterization
• 2.7 Linear optical properties characterization
• 2.8 Third-order optical nonlinearity characterization
• 2.9 Second-order optical nonlinearity characterization
• Chapter 3 Results and Discussion
• 3.1 Composition analysis
• 3.2 Glass-forming region
• 3.3 Glass structure
• 3.4 Thermal properties
• 3.5 Physical properties
• 3.6 Linear optical properties
• 3.7 Third-order optical nonlinearities （OKE） and the structural dependence
• 3.8 Second-order optical nonlinearity （Maker fringe technique）
• Chapter 4 Summary and Conclusions
• Chapter 5 Experimental Prospect
• References
• List of publications
• Acknowledgements