Te基硫系玻璃及微结构光纤的制备和性能研究

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Te基硫系玻璃的红外透过截止边超过20μm,因此在外太空生命探测、生物化学传感、医疗检测以及军事等领域有巨大应用潜力,成为近年来国内外各大高校、研究单位的研究热点。只是Te玻璃成玻困难、抗析晶能力弱,因此需寻找更好的组分以及玻璃形成体来改善Te玻璃的这些缺陷。而且水、金属氧化物等杂质对它的红外透过性能影响非常大,因此降低如何Te玻璃中杂志含量也是研究关键点之一。结合硫系玻璃优良的红外透过特性,硫系微结构光纤具有许多独特的光学特性。然而目前硫系微结构光纤的制备工艺还很不成熟,限制了基于硫系微结构光纤的器件和工程应用研究,因此需探索新的硫系微结构光纤制备工艺以推动硫系微结构光纤的进一步发展。针对Te基硫系玻璃和硫系微结构光纤目前研究存在的问题,本文的工作主要集中在以下几个方面:(1)在Te基硫系玻璃中引入重金属Ag、Al以及金属卤化物AlCl3,研究了这些玻璃组分的成玻区,测试分析了它们的热学物理特性、远红外透过光谱、可见-近红外吸收光谱以及光学带隙。研究结果表明重金属Ag和Al能够改善Te基玻璃热稳定性,金属卤化物AlCl3可以提高玻璃的抗析晶能力。其中,Ge15Te75Ga6Al4玻璃具有最好的抗析晶能力,△T值为126oC。当AlCl3代替Al时,Ge-Te-Ga玻璃中15-20μm处的Ga-O吸收峰以及Ge-Ga-Te-Al玻璃中14.3μm处的Al-O吸收峰消失了。另外,制备的Te玻璃的红外透过范围很宽,超过了20μm,说明这些Te基硫系玻璃在远红外应用方面有巨大的潜力。(2)针对Ga蒸汽压低难以提纯的问题,发明了一种快速升温炉来提纯含Ga的Te基硫系玻璃,并研究了玻璃光学损耗与除氧剂种类、含量以及出炉温度的关系,实验结果显示蒸馏提纯处理过的玻璃的损耗要明显小于未作蒸馏处理的GGT玻璃的损耗,获得的玻璃在12μm的最低损耗为0.037dB/mm。过高或过低的出炉温度都会导致玻璃光学损耗增加。还原性金属Al比Mg能更能有效除去原料中的金属氧化物杂质,只要400ppm的Al就能消除原料中所有的金属氧化物。总之,实验结果使得GGT玻璃应用成为可能。(3)选用可塑性较好的Ge20Sb15Se65硫系玻璃,利用自制的硫系玻璃挤压机制备了多孔硫系玻璃微结构光纤预制棒。测试了挤压前后玻璃的红外透过光谱,中远红外热成像以及光纤的横截面。根据不同厚度玻璃片的透过谱,计算了挤压后玻璃的光学损耗特性。分析结果表明挤压后的硫系玻璃的红外透过率和损耗较挤压前没有显著的变化。利用与该硫系玻璃具有相近软化点的塑料聚合物作为光纤的保护层显著提高了硫系玻璃微结构光纤的强度,推动了红外硫系玻璃微结构光纤的实用化发展进程。最后总结了研究生期间的研究成果,存在的问题以及改进的方向。
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