鑲嵌ZnS(ZnSe): Cr2+納米晶的硫系光纖及其中紅外發(fā)光研究

2～5μm中紅外固體激光在民用和軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)展這類新型激光器的關(guān)鍵之一是研發(fā)在中紅外波段能夠?qū)崿F(xiàn)高效發(fā)射、物化性能穩(wěn)定、同時(shí)成本低廉的基體材料。本項(xiàng)目采用激光脈沖沉積方法制備出前期所需的ZnSe: Cr2 納米粉，并獲得1.8-2.8μm的寬帶中紅外發(fā)光，通過玻璃組分調(diào)節(jié)，獲得與ZnSe: Cr2 納米晶折射率最接近的組分As40S57Se3，將兩種原料混合采用熱壓法制備出鑲嵌ZnSe: Cr2 納米晶硫系玻璃。中紅外光譜結(jié)果表明其能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶中紅外發(fā)光。 此外，我們開展了稀土摻雜硫系玻璃和光纖在2-5μm波段中紅外發(fā)光的研究，為實(shí)現(xiàn)中紅外增益光纖提供更多的研究經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果為： （1）探索制備了一種新型Ga-Sb-S硫系玻璃。該玻璃在1-12 μm范圍內(nèi)具有好的透過率（>56%）,有望成為具有競爭能力的熱成像候選材料；玻璃的n2值為~12.4× 10?14 cm2/W (@ 1.55μm), 表明其在非線性光學(xué)方面具有潛在應(yīng)用。稀土離子（例如Tm3 ）摻雜玻璃具有強(qiáng)的中紅外發(fā)射和高的量子效率，有望成為中紅外光纖放大器和激光增益材料； （2）制備了一系列As修飾的Ga-Sb-S玻璃，獲得熱穩(wěn)定性最佳的玻璃組成為Ga8Sb28As4S60。制備了一系列Dy3 離子摻雜Ga8Sb28As4S60玻璃，玻璃在2.9 μm和4.4 μm具有強(qiáng)的熒光發(fā)射，較高的量子效率和較大的發(fā)射截面使其成為極具潛力的中紅外激光增益材料。拉制了Ga8Sb28As4S60：0.05wt%Dy3 / Ga8Sb27As5S60纖芯-包層結(jié)構(gòu)光纖，光纖在2-6 μm的背景損耗< 2dB/m, 且光纖具有強(qiáng)的中紅外發(fā)射； （3）制備了新型Ga2S3-Sb2S3-CsI硫鹵玻璃。估算了該玻璃物化性能參數(shù)為Tg of 190 oC-245oC, d of 3.78-3.97 g/cm3, λS of 586-690 nm, λL of ~13.2-14.4 μm, Hv of 125-188 kg/mm2, 和 n0 (@10 μm) of~2.01-2.58；玻璃在1-12 μm范圍內(nèi)具有良好的透過率（>56%）,較高的三階非線性(1.7-8.7×10-14 cm2/W @ 1550 nm), 能夠溶解大量的稀土離子（>2mol%）以及摻雜稀土離子具有強(qiáng)的中紅外發(fā)射和高的量 2100433B

2～5μm中紅外固體激光在民用和軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)展這類新型激光器的關(guān)鍵之一是研發(fā)在中紅外波段能夠?qū)崿F(xiàn)高效發(fā)射、物化性能穩(wěn)定、同時(shí)成本低廉的基體材料。本項(xiàng)目擬采用熱分解法制備前期的ZnS(ZnSe)：Cr2 納米晶顆粒，然后采用熔融-急冷法，獲得在硫系玻璃和光纖基體中鑲嵌尺寸和空間分布均勻的ZnS(ZnSe)：Cr2 納米晶；采用掃描電鏡，高分辨透射電鏡，拉曼光譜以及熒光光譜等技術(shù)，研究復(fù)合材料中納米晶的摻雜濃度，尺寸和分布對(duì)中紅外發(fā)光特性（如發(fā)光強(qiáng)度、熒光壽命和量子效率等）的影響；重點(diǎn)研究高純度的納米晶和低損耗光纖的制備工藝，進(jìn)而通過降低復(fù)合材料中雜質(zhì)含量，優(yōu)化發(fā)光性能；綜合評(píng)價(jià)材料的制備技術(shù)、顯微結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的關(guān)聯(lián)，為進(jìn)一步研發(fā)中紅外可調(diào)諧激光新材料提供實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。