一种具有优异三阶光学非线性性能的新型硫卤玻璃制造技术

本发明专利技术公开了一种具有优异三阶光学非线性性能的新型硫卤玻璃，涉及光学玻璃材料领域，包括一种硫卤化物玻璃材料，其化学成分为：(100‑x)(60GeS

【技术实现步骤摘要】
一种具有优异三阶光学非线性性能的新型硫卤玻璃
本专利技术涉及光学玻璃材料领域，尤其涉及一种具有优异三阶光学非线性性能的新型硫卤玻璃。
技术介绍
硫系玻璃(ChalcogenideGlasses,ChGs)凭借其宽阔的透过窗口，优异的非线性，易于处理和集成等优点在柔性衬底光子集成和全光信号处理等领域引起了广泛关注。近年来，GeS2基硫系玻璃的带隙能量比Se基和As2S3更高，更有可能成为全光开关应用的主要候选材料之一。特别地，基于三元Ge-Sb-S体系的无As环保硫系玻璃已被证明能应用到诸多领域，因为：1)该体系的玻璃形成区很大，可以调节玻璃的性质(例如折射率、带宽)；2)该体系玻璃的折射率较高，对光的约束能力很强，能用作气敏光波导材料；3)该体系玻璃非线性系数非常大(百倍于石英玻璃)，能用于中长波红外区域(1-5μm)超连续介质。然而，在平面波导光子学中，硫系玻璃要求在较低的加工温度下经压模直接成型。结合卤化物玻璃的低转变温度和低散射损耗(低折射率)以及硫系玻璃的化学稳定性和强非线性，硫卤玻璃是一种极佳的光子材料。另一方面，双光子吸收(TwoPhotonAbsorption,TPA)在硫系玻璃的高非线性折射率中起着至关重要的作用，因此双光子吸收限制着硫系光纤在全光开关器件的应用。这种限制可由2βλ/n2的优化指数(FigureofMerit,FOM)来描述，这是评估玻璃是否适用于全光开关装置的重要标准。在Ge-Sb-S体系中，玻璃的非线性折射率(n2)随Sb2S3含量的增加而增大。然而，由于光学带隙的收缩，Sb2S3含量较大的玻璃在可见光区域变得不透明，这样的问题使得光学质量控制和红外(IR)系统校准变得非常复杂。金属卤化物(如CsCl)修饰的ChGs，由于其可见光透过范围的扩大和双光子吸收的调节，正逐渐成为非线性光学应用中备受关注的红外光子材料。因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有优异三阶光学非线性性能的新型硫卤玻璃，有利于光学质量的控制和红外系统的校准，在保持非线性折射率10倍于典型硫系玻璃的前提下，优化了玻璃用于全光开关的性能指标。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种具有优异三阶光学非线性性能的新型硫卤玻璃，有利于光学质量的控制和红外系统的校准，在保持非线性折射率10倍于典型硫系玻璃的前提下，优化玻璃用于全光开关的性能指标。为实现上述目的，本专利技术提供了一种硫卤化物玻璃材料，所述硫卤化物玻璃材料的化学成分为：(100-x)(60GeS2-40Sb2S3)-xCdCl2，其中摩尔百分比x的取值范围为10～60。本专利技术还提供了一种硫卤化物玻璃材料的制备方法，所述制备方法采用熔融淬冷法。进一步地，所述制备方法包括以下步骤：步骤1.按照硫卤化物玻璃材料的化学成分，计算并对各原料进行称重，然后将各原料混合均匀；步骤2.将混合均匀的原料装入石英玻璃安瓿中真空熔融；步骤3.将装有熔体的安瓿在空气中淬冷，紧接着将安瓿退火炉中退火以释放内部残留的热应力。进一步地，所述步骤1中所述硫卤化物玻璃材料的化学成分为：(100-x)(60GeS2-40Sb2S3)-xCdCl2，其中摩尔百分比x的取值范围为20～60。进一步地，所述步骤1中所述各原料包括Ge、Sb、S和CdCl2。进一步地，所述Ge、Sb、S和CdCl2的纯度均为5N。进一步地，所述步骤1中所述称重在用氮气吹扫的手套箱中进行。进一步地，所述步骤2中所述真空为10-3～10-5pa。进一步地，所述步骤2中所述熔融的温度为830～870℃，时间为10～14小时。进一步地，所述步骤2中所述退火的温度为180～220℃，时间为4～6小时。本专利技术的有益效果为：改变加入CdCl2的比例，我们能在很大范围内调节该体系的物理化学性质和三阶非线性光学性质，例如：使玻璃的短波截止边蓝移到更短的波长，有利于光学质量的控制和红外系统的校准；在保持非线性折射率10倍于典型硫系玻璃的前提下，我们将该体系玻璃用于全光开关的性能指标优化到了0.62。这种新型的硫卤体系玻璃在柔性波导光子学和全光开关器件的应用中具有巨大的应用前景。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的玻璃样品图，其中，玻璃样品化学成分为(100-x)(60GeS2-40Sb2S3)-xCdCl2(x＝0,10,20,30,40,50,60摩尔百分比,自左至右)；图2是本专利技术的一个较佳实施例的玻璃样品的透射光谱，插图是短波截止边附近局部放大的透射光谱，其中，玻璃样品化学成分为(100-x)(60GeS2-40Sb2S3)-xCdCl2(x＝0,20,40,60摩尔百分比,测试样品的厚度为1.5mm)；图3是本专利技术的一个较佳实施例的玻璃样品的光学带隙(Eg)随组分变化的趋势图；图4a是本专利技术的一个较佳实施例的x＝10时的玻璃样品的闭合孔径(CA)的Z扫描轨迹，其中，实线是理论拟合曲线；图4b是本专利技术的一个较佳实施例的x＝10时的玻璃样品的开放孔径(OA)的Z扫描轨迹，其中，实线是理论拟合曲线。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。本专利技术提出了一种新型的硫卤化物玻璃体系，制备的材料可用于柔性波导材料和全光开关器件。我们发现，Ge-Sb-S体系中能溶解60％以上的CdCl2重金属卤化物，这意味着可以通过调整CdCl2的含量来调节玻璃的转变温度、光学带隙、线性折射率等物理化学性质，还可以进一步优化非线性折射率、TPA等非线性性质。在保持非线性折射率(n2)10倍于典型硫系玻璃的前提下，我们将该体系玻璃用于全光开关的性能指标优化到了0.62(见表1)。这一新型硫卤玻璃将会是一种潜力巨大的波导参量放大和全光开关器件材料，在柔性波导光子学和全光开关器件的应用中具有巨大的应用前景。表1该体系玻璃的线性和非线性光学参数与其它典型玻璃参数对比CdCl2的加入使可见光的透明范围扩大了约50nm，这是由于光学带隙的增大。玻璃化转变温度随网络平均配位数的降低而降低。扩大玻璃透明度时，必须同时保持热稳定性，TPA过程可以很好地解释三阶光学非线性。非线性折射率和双光子吸收系数均随CdCl2含量的增加而减小，且与带隙成反比，符合Sheik-Bahae定律。由于双光子吸收系数的衰减比非线性折射率的衰减快，因此可以优化全光开关的性能指标(FOM<1)。本专利技术采用熔融淬冷法制备了化学成分为(100-x)(60GeS2-40Sb2S3,GeSbS)-xCdCl2(x＝0,10,20,30,40,50,60摩尔百分比)的玻璃样品。按照化学成分计算，并将各原料(Ge,Sb,S,CdCl2,5N纯度)在用氮气吹扫的手套箱中称重，然后在850℃下在真空(10-3pa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫卤化物玻璃材料，其特征在于，所述硫卤化物玻璃材料的化学成分为：(100-x)(60GeS

【技术特征摘要】
1.一种硫卤化物玻璃材料，其特征在于，所述硫卤化物玻璃材料的化学成分为：(100-x)(60GeS2-40Sb2S3)-xCdCl2，其中摩尔百分比x的取值范围为10～60。


2.如权利要求1所述的硫卤化物玻璃材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用熔融淬冷法。


3.如权利要求2所述的硫卤化物玻璃材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1.按照硫卤化物玻璃材料的化学成分，计算并对各原料进行称重，然后将各原料混合均匀；
步骤2.将混合均匀的原料装入石英玻璃安瓿中真空熔融；
步骤3.将装有熔体的安瓿在空气中淬冷，紧接着将安瓿退火炉中退火以释放内部残留的热应力。


4.如权利要求3所述的硫卤化物玻璃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述硫卤化物玻璃材料的化学成分为：(100-x)(60GeS2-40Sb2S3)-xCdCl2，其中摩尔百分比x的取...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，卢小送，
申请(专利权)人：苏州凯文堡尼光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32