[发明专利]一种远红外高非线性Ge-Te-Se硫系玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫系玻璃，尤其是涉及一种Ge-Te-Se硫系玻璃及其制备方法。

背景技术

硫系玻璃是一种透过范围从近红外、中红外(3～5μm)到远红外区域(8～20μm)的材 料，其具有较高的密度、较弱的键强、高的线性折射率、高的非线性折射率系数和超快的响 应时间(飞秒到亚皮秒量级)而且在通信波段的双声子吸收可以忽略，是快速光学开关和光 信号再生的最佳候选材料。

As₂S₃玻璃是首先以光纤的形式被应用于全光转换器的材料。1992年，Asobe等拉制出了 长度为48cm的As₂S₃单模光纤，其非线性折射率n₂达到4.2×10^-18m²/W，成功演示了在1.3μm 通信波长下开关功率为14W的全光开关，开关速度达到70GHz，但它在中红外波段容易受 到残余光敏性的影响，这就意味着在高能量光束的环境中该波导将会出现不稳定。用Se元素 取代As₂S₃玻璃中的S元素时，将会增加玻璃的折射率、降低其带隙，从而提高玻璃的非线 性。As₂Se₃玻璃在1550nm的非线性折射率n₂＝12.72×10^-18m²/W，大约是As₂S₃玻璃的4倍， 是石英玻璃的400倍，但Se同时也会降低玻璃的转变温度(T_g)，增大双声子吸收与光敏性， 此外As具有环境毒性，这些均限制了As₂Se₃玻璃的推广应用。

由于As₂Se₃玻璃的转变温度较低，有学者引入Ge元素来提高其T_g，扩大玻璃的形成区， 如Ge₁₀As₁₀Se₈₀的非线性折射率可达到22×10^-18m²/W。《物理学报》报道的“Ge-Se基硫系 玻璃在通信波段的三阶非线性与光谱特性研究”中，Ge₂₀Se₈₀的非线性折射率为27.8×10^-18m²/W。2014年美国《Electron.Mater.Lett.》的“EffectofTeonLinearandNon-linearOptical PropertiesofNewQuaternaryGe-Se-Sb-TeChalcogenideGlasses”，比较了几种主流的Ge-Se-Sb 硫系玻璃的n₂值，这些硫系玻璃的n₂值基本在10^-18～10^-17m²/W数量级，因此也限制了其应 用。

CN104591540A专利公开的一种Ge-Sn-Se硫系玻璃，掺入熔点低、质地软的Sn元素， 使玻璃硬度(尤其是161℃以上时的硬度)降低，但该硫系玻璃的非线性只在有限范围内得 到提高，其最高非线性折射率仅达到4.125×10^-17m²/W(Ge₂₀Sn₅Se₇₅)，不能满足实际应用中 对超高非线性的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种Ge-Te-Se硫系玻璃及其 制备方法，该Ge-Te-Se硫系玻璃具有良好的透过性、成玻能力及超高的非线性折射率，其最 高非线性折射率n₂可达2.2602×10^-16m²/W，在远红外区域具有较广的应用范围。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Ge-Te-Se硫系玻璃，其组成式为 Ge₂₀Te_xSe_(80-x)，其中x＝1～70，x为摩尔分数。