新型碲酸鹽系統(tǒng)信息玻璃材料的研究.pdf

1、非線性光學材料在圖像處理、全光開關、光學存儲和記憶系統(tǒng)等領域有著巨大的應用潛力，得到了世界各國的廣泛關注，因此近年來有關非線性光學及其材料的研究層出不窮。目前常見的非線性光學固體材料包括非線性光學晶體材料、有機高分子材料和非線性光學玻璃材料等。其中非線性光學玻璃材料的三階非線性光學性能雖然不及部分有機高分子材料和半導體晶體材料，但卻具有比后兩者高得多的綜合品質因數和光纖耦合性能。同時，與晶體材料相比，非線性光學玻璃材料具有優(yōu)良

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

3、統(tǒng)重金屬氧化物玻璃的組成和玻璃網絡結構之間關系、玻璃組成、結構與線性、非線性光學性能之間關系進行了研究和探討，主要結論如下：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 光學品質優(yōu)良的玻璃材料，制備工藝簡單、成熟，適合制成大尺寸優(yōu)質的非線性 光學玻璃材料;2.在Te02-Nb2O5系統(tǒng)玻璃中，Nb5+的引入將改變玻璃中碲氧、鈮氧結構單元的種類， 影響鈮碲酸鹽玻璃

4、的網絡結構和穩(wěn)定性，進而影響材料的線性和非線性光學性能：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 整析出晶型的種類和析出溫度，并影響材料的相關性能；4.在TeO2-Nb2O5基玻璃中引入堿金屬、堿土金屬離子、中高價離子和高極化率離子、 稀土離子以及傳統(tǒng)網絡形成離子均會對玻璃網絡結構和穩(wěn)定性產生明顯的影響， Zn2+、Ce４+、Ho3+等離子的適當引入將有利于材料

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

6、當的稀土離子，可以獲得更好的三階非線性 光學性能。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非線性受稀土離子電子能級躍遷的影響明顯，同時其 對玻璃結構的作用也會對x(3)產生一定的貢獻；8.含0.25wt％HO2O3的