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GeS_2-Ga_2S_3-Li_2S玻璃制备及非线性光学性能研究

张鹏  
【摘要】:非线性光学材料在光通讯、光调制、光存储等方面有着非常广阔的应用。硫系微晶玻璃因低的声子能、很宽的红外透过波段、易制备和加工、较大的二阶非线性光学系数等优点,使之成为一种颇具应用潜力的二阶非线性光学材料。 本文采用传统的融熔淬冷法制备了GeS2-Ga2S3-Li2S体系硫系玻璃,采用热处理方法制备出微晶玻璃,利用Maker条纹测试方法深入分析该硫系微晶玻璃二阶非线性光学性能。 GeS2-Ga2S3-Li2S硫系玻璃做为快离子导电玻璃已经被研究,但是因为该体系玻璃的制备较为困难,目前为止还没有关于该硫系玻璃的光学性能方面的研究。本文研究发现,可以采用控制温度的方法,直接以单质锂为原料采用融熔淬冷法制备硫系玻璃。实验成功制备出一系列GeS2-Ga2S3-Li2S硫系玻璃,发现该体系除了在含锂50%的高锂区有一个成玻区外,还在含锂约6%—25%的范围内有另一个成玻区。为了成功地制备出该体系的硫系玻璃,且兼顾其倍频性能,本文主要对该成玻区的组分进行研究,实验证明,该三元GeS2-Ga2S3-Li2S体系玻璃具有相对较高的玻璃化转变温度(高于400℃),较高的透过率和良好的热稳定性。 为求从玻璃中析出二阶非线性光学性能较强的Li2GaS2、Li2Ga2GeS6等微晶体,本实验选取了两个组分(40GeS2-41GaS1.5-19Lio.5S和56.5GeS2-37.5GaS1.5-6Lio.5S)的硫系玻璃在Tg附近进行热处理。结合X射线衍射分析,从56.5GeS2-37.5GaS1.5-6Li0.5S组分玻璃(GGL6)中首先析出Ga2S3,随热处理时间延长会析出Li2Ga2GeS6。而对于40GeS2-41GaS1.5-19Lio.5S组分玻璃(GGL19),所析出的唯一微晶相为Li2Ga2GeS6。 利用Maker条纹方法,得到析出Li2Ga2GeS6的GGL6样品的SH强度为石英晶体的1.5%倍,且其Maker条纹具有与理论相符的规则的半圆型包络。随着热处理时间延长,GGL19微晶玻璃的二阶非线性强度逐渐增强。在热处理10个小时后,SH强度达到最大为石英晶体的35%,继续增加热处理时间到13个小时,二阶非线性强度为石英的0.3倍。计算得出GGL19的χ(2)最大值达到1.763pm/V。 另外,本实验还成功地利用该体系合成了Li2Ga2GeS6晶体,并用X射线衍射验证。利用高景深光学显微镜观察,晶体的平均粒度0.3×0.25×0.3(mm3)。


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