中波红外玻璃的研究

中波红外玻璃综合了优良的透红外性能、大尺寸制备特性和低成本等特点,是很多重要军用系统的关键窗口材料之—.中波红外玻璃材料主要包括氟化物玻璃、铝酸钙玻璃、锗酸盐玻璃、镓酸盐玻璃、碲酸盐玻璃和重金属氟氧化物玻璃等.中波红外玻璃材料目前的基本性能表明了其存在的问题.指出了当前中波红外玻璃的国内外研究现状及其发展趋势.     

中红外玻璃的研究现状及发展

随着红外技术的不断发展,红外玻璃面临着巨大的机遇与挑战。简要介绍了近年来国内外主要用于3～5μm的氟化物玻璃、铝钙玻璃、锗酸盐玻璃、镓酸盐玻璃等的相关性能及发展现状,并探讨了中红外玻璃的发展趋势。     

透红外氟化物玻璃

本文报道了两种氟化物玻璃:氟铝酸盐玻璃和氟锆酸盐玻璃,并给出了玻璃的制备方法和物理性质。这两种玻璃具有从紫外到中红外7～8μm宽的透光范围、低的折射率、高的阿贝数和好的化学稳定性等特点。     

掺Pr~（3＋）氟化物玻璃光谱和发光特性的研究

制备了几种不同化学成分的掺Ｐｒ３＋氟化物玻璃，测定了玻璃的吸收光谱和荧光光谱。根据Ｊｕｄｄ－Ｏｆｅｌｔ理论模型研究了玻璃成分对Ｐｒ３＋发光性质的影响。结果表明，Ｐｒ３＋在氟锆酸盐玻璃中的发光性能优于氟铝酸盐和氟磷酸盐玻璃中的发光性能，随着ＮａＦ被ＮａＣｌ的取代，发光性能进一步改善。     

基于氟碲酸盐光纤的高功率中红外超连续光源(特邀)

高功率全光纤中红外超连续光源在基础科学研究、环境、医疗以及国防安全等领域有着重要应用。目前用于研制上述光源所用的非线性介质为氟化物玻璃光纤。但是氟化物玻璃光纤的损伤阈值低、化学稳性差,这在一定程度上影响了氟化物玻璃光纤在实用化高功率中红外光源研制中的应用。为了进一步提升中红外超连续光源的性能和研制实用化高功率中红外超连续光源,最近制备出了一种具有较好热稳定性和化学稳定性的氟碲酸盐玻璃（TeO2-BaF2-Y2O3,TBY）,并利用其作为基质材料,设计制备出了一系列氟碲酸盐玻璃光纤。利用这些光纤作为非线性介质,研制出了光谱范围覆盖1.4~4 m的高相干超连续光源,光谱范围覆盖0.4~5.14 m的宽带超连续光源和平均功率大于10 W、光谱范围覆盖947~3 934 nm的超连续光源。     

玻璃的显微结构研究

玻璃是一种非晶态固体材料，是熔体在高温冷却过程中，快速越过析晶温度范围而凝固下来的固体。玻璃显微结构一般指玻璃中存在的非晶态缺陷，例如夹杂物、气孔及析晶等。近年来我们用EPMA和SEM对玻璃分相、析晶、结石等的显微结构进行了研究。陶瓷釉也是粘度较高的玻璃系统，特     

中红外玻璃光纤材料及拉曼激光光源研究进展(特邀)

高功率中红外光纤激光光源在前沿科学研究、空间光通信、医学诊断与治疗、环境污染监测和光电对抗等领域有着重要应用。拉曼光纤激光光源输出波长灵活，原则上可以在光纤材料透过窗口范围内获得任意波长激光，是实现中红外激光输出的一种重要手段。目前，基于硫系玻璃光纤、氟化物玻璃光纤、碲酸盐玻璃光纤等中红外玻璃光纤材料，已实现工作波长位于3.77μm的拉曼光纤激光器、平均输出功率为3.7 W的2 231 nm拉曼光纤激光器和波长调谐范围覆盖2～4.3μm的拉曼孤子激光光源。近期，笔者研究组制备出一种具有高热学和化学稳定性、高激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤，并利用其作为非线性介质，先后实现了级联拉曼散射、级联拉曼光纤放大器、波长调谐范围覆盖1.96～2.82μm的拉曼孤子激光以及波长为～4μm的红移色散波，验证了氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光光源研制方面的应用潜力。主要介绍了氟化物、硫化物及碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼激光光源的相关研究进展，并对其未来发展趋势进行了展望。     

基于特种玻璃光纤的中红外拉曼激光器研究进展

高功率中红外光纤激光器在基础科学研究、大气通信、环境监测和国防安全等领域有着重要应用。拉曼光纤激光技术是实现中红外激光的一种重要手段,通过级联拉曼运转可在光纤透过窗口内输出任意波长激光。目前,以碲酸盐、氟化物或硫系玻璃光纤作为拉曼增益介质,研究者分别研制出工作波长为3.77μm的二级级联拉曼激光器和波长调谐范围覆盖2～4.3μm的中红外拉曼孤子光纤激光光源。最近,本研究组制备出一种具有高稳定性、高抗激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤,并以其作为拉曼增益介质,先后实现了波长调谐范围覆盖1.96～2.82μm的中红外拉曼孤子激光以及～3μm处的"拉曼孤子雨",初步验证了该氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光器方面的应用潜力。主要对国内外中红外拉曼光纤激光光源的研究进展进行了总结,介绍了碲酸盐、氟化物、硫系以及氟碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼光纤激光器,并对发展趋势进行了展望。     

升频转换光纤激光器产生可见光输出

德国Lumics GmbH公司开发出一种基于升频转换氟锆酸盐(ZBLAN)光纤激光器(发射谱线可与氩离子激光器的谱线相媲美)的可见波长光源，这种光源利用氟化物玻璃中稀土离子的吸收，将红外光辐射转换成可见光。     

铁磁性微晶玻璃热种子材料的研制

采用基础玻璃熔融析晶法制备铁磁性微晶玻璃热种子材料,其中基础玻璃的组成以Fe2O3-CaO-SiO2为主体并添加少量B2O3和P2O5。借DTA,XRD分析确定了合理的热处理制度,制备了以Fe3O4为主晶相的微晶玻璃,并对其磁性能及生物活性进行了试验。结果表明:所得的微晶玻璃材料单位质量的磁化强度达到22.6A·m–1·g–1,且能生成羟基磷灰石,故材料具有生物活性。     

Ho3+/Pr3+共掺氟化铝基玻璃光纤2.86 μm激光性能研究 （特邀）

文中使用熔融淬火法制备了氟化铝基、氟化铟基和氟化锆基玻璃样品，通过浸水实验研究了其抗潮解稳定性，结果表明氟化铝基玻璃具有更好的抗潮解性能。因此制备了不同浓度的Ho3+/Pr3+共掺氟化铝基玻璃样品，测试了其透过光谱，表明该玻璃具有高的透过率和宽的透过窗口。在1 150 nm拉曼激光的激发下，获得了样品的发射光谱，并对其发光机理进行了分析。利用吸注法制备了2 Ho3+/0.2 Pr3+掺杂的氟化铝基玻璃预制棒，使用棒管法拉制了氟化铝基玻璃光纤。使用回切法测得光纤在793 nm处的损耗为1.8 dB/m。在1 150 nm激光泵浦下，利用8.6 cm长的Ho3+/Pr3+共掺氟化铝基玻璃光纤作为增益介质，获得了功率为207 mW的2.865 μm激光输出，斜率效率为11.4%。上述研究结果表明，氟化铝基玻璃光纤是一种稳定的中红外激光增益材料。     

非氧化物玻璃光纤和波导的组成、制备及应用

本文介绍了氟化物玻璃和硫系玻璃的化学组成、特征温度和透射光谱。总结了一些稀土掺杂氟化物玻璃光纤激光器和放大器的性能.并具体阐述了硫系玻璃光纤在红外波段的被动化学传感应用。     

The use of differential thermal analysis for the examination of glasses

Differential thermal analysis (DTA) has been applied to the examination of a variety of glasses and glass-glass reactions. The method is described and results that were obtained which illustrate the usefulness of the technique are shown. Reversible and nonreversible latent heat anomalies have been observed in glass which are believed coincident with the glass transition, phase separation, devitrification processes, and dissolution of crystalline phases. The heat effect believed to be associated with the glass transition is reproducible, reversible and different for different glasses, and is observed as an endotherm on heating and an exotherm upon cooling. The change in the thermal glass transition temperature (T_t) as a function of composition was found to be sensitive to within approximately a 1% variation of one of the constituents of the glass enabling the determination of a "glass transition phase diagram" for two interacting glasses. The technique has shown itself to be a useful tool in quality control of raw glasses and in monitoring glass forming processes.     

Yb3+掺杂氟铝酸盐玻璃的光谱性质

根据测得的Yb^3 离子在氟铝酸盐玻璃中的吸收光谱和荧光光谱，分析了Yb^3 离子在氟铝酸盐玻璃中的吸收和发射特性，计算了Yb^3 离子的发射截面，讨论了Yb^3 离子的荧光自吸收效应和浓度猝灭效应。结果表明，自吸收效应使Yb^3 离子实测发射截面与计算所得发射截面存在较大差异并使荧光强度降低，高掺杂时Yb^3 向杂质Er^3 的能量传递是导致浓度猝灭的另一重要原因。     

DF激光作用下氟玻璃破坏阈值的测量及机理

实验测量了氟铝酸盐玻璃对3．8μm激光的透射率以及在高功率连续DF激光作用下的破坏阈值，根据实验结果，应用耦合热弹性理论和大型有限元程序，模拟了氟玻璃窗口在矩形光斑作用下的温度响应和力学响应，分析了氟玻璃破坏的机理，由此推断靶材断裂的危险点，并和实验情况相比较，最后，对氟玻璃材料作为高功率激光器输出窗口的可行性作出评价。     

掺镱硼酸盐和磷酸盐激光玻璃的研究

制备了掺Yb∶硼酸盐和Yb∶磷酸盐玻璃 ,并研究了它们的玻璃物理性质和光谱性质。掺Yb∶磷酸盐玻璃的热机械性质优于掺Yb∶硼酸盐玻璃。掺Yb∶硼酸盐玻璃的受激发射截面和荧光寿命分别为 0 5 3× 10 -2 0 cm2 和 0 85ms。掺Yb∶磷酸盐玻璃的受激发射截面和荧光寿命分别为 0 4 5× 10 -2 0 cm2 和 1 8ms。作为激光材料 ,掺Yb∶磷酸盐玻璃的综合性能优于掺Yb∶硼酸盐玻璃。用钛宝石激光器抽运Yb∶硼酸盐玻璃实现 8mW准连续激光输出。用波长为 976nm ,6W的LD抽运Yb∶磷酸盐玻璃获得了 6 2mW的连续激光输出 ,其斜率效率为 4 4 %。     

稀土掺杂BAP防护玻璃的制备及NMR分析

稀土掺杂防护玻璃的研究日益受到材料专家的关注,本文采用两步熔融法系统研究了稀土Sm2O3掺杂BaO-Al2O3-P2O5(BAP)系防护玻璃的形成区域范围,采用魔角转换核磁共振(MAS NMR)测试技术分析讨论了BAPS玻璃中原子的存在状态、玻璃组成、热历史和稀土含量对玻璃结构的影响.研究结果表明:Sm2O3掺杂BAP玻璃的形成区随Sm2O3含量的增加,逐步缩小并趋向于封闭的椭圆形,直到无法形成玻璃;在玻璃结构中P原子主要以Q2型[PO4]存在,Al原子则以[AlO4]、[AlO6]两种配位状态存在;P原子的配位状态受到玻璃组成、热历史和稀土含量的影响较小,而Al原子的配位状态随玻璃结构中P/Al比值增大,Al原子主要以[AlO4]存在;热处理及稀土含量的增加促使Al的配位数由[AlO6]八面体向[AlO4]四面体转变.     

Origin of excess scattering in fluoride glasses

The origin of excess light scattering in fluoride glasses has been investigated by measuring transient changes in the scattering intensity of the glass melts upon cooling. It has been found that the scattering centers were already present in the glass melts and the excess scattering intensity decreased by degrees as the melts were cooled to glass transition temperature. The results suggest that oxide impurities cause the excess scattering in the fluoride glasses.