[发明专利]大三阶非线性Sr2CuO3微晶玻璃材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大三阶非线性Sr₂CuO₃微晶玻璃材料及其制备方法，属于非线性光学材料研究领域。

背景技术

随着人们对信息需求的急剧增加，采用具有超快响应速度的全光开关，构建全光网络已成为必然。全光开关是基于非线性光学原理工作的一种光控开关，在信息转换过程中无需进行光—电—光的转换过程，极大地提高了光通讯的速度和效率。评价一种材料是否适用于全光开关有两个品质因子：W=n₂I/α₀λ和T=βλ/n₂，其中n₂为非线性光学折射率，I为测试光强，α₀为线性吸收系数，λ为测试波长,β为非线性吸收系数，材料必须满足|W|>>1且|T|<<1才能用于全光开关。因此，适用于制作全光开关器件的理想材料应具有大的三阶非线性折射、小的线性和非线性吸收以及较快的响应速度。目前，能够应用于全光开关的理想材料还比较少，设计并制备出具有大的三阶非线性折射率、小的线性和非线性吸收以及超快响应速度的非线性微晶光学玻璃材料，渐渐地成为了人们对新材料探索研究的热点。

微晶玻璃（又称为玻璃陶瓷）是一种在无机玻璃基体中均匀镶嵌了微/纳米晶的复合材料，它综合了晶体与玻璃材料的优点，不仅保持了光学玻璃的基本特性，同时通过所掺杂物相本身电子结构的特性可以大幅度提高材料的非线性光学性能，成为制作高速全光开关的重要的一类候选材料。此外微晶玻璃类似于玻璃材料制备方法简单、热稳定性和化学稳定性高的优势将进一步拓宽其应用前景。近年来，人们发现，具有一维电子结构的半导体对于非线性光学器件来说具有更加特殊的重要性，因为电子和空穴在限域空间的运动会产生非常大的光学非线性，因此，有必要对此进行研究，并具有重要的意义。

发明内容

本发明的第一个目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种大三阶非线性Sr₂CuO₃微晶玻璃材料，利用非晶态玻璃优异的光学特性作为基质，通过掺杂微米级高纯度的强极化率的Sr₂CuO₃物相，大幅度的提高此复合材料的三阶非线性光学性能。

本发明的另一个目的是提供一种大三阶非线性Sr₂CuO₃微晶玻璃材料的制备方法，该方法工艺简单、成本低、易于批量生产，该方法所制备的Sr₂CuO₃微晶玻璃有良好的非线性光学性能，应用于全光开关，可优化全光开关结构、降低成本、提高全光开关性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括以下组分：

30~45 mol%PbO、20~35 mol%B₂O₃、15~30 mol%SiO₂、10~25 mol%Bi₂O₃、3~12 mol%K₂O、2~10 wt% Sr₂CuO₃；

该材料中，Sr₂CuO₃为微晶相，PbO-B₂O₃-SiO₂-Bi₂O₃-K₂O为玻璃基体，且微晶相均匀镶嵌在玻璃基体中。

优选设置是 PbO为34~38 mol %；

B₂O₃为 24~26 mol %；

SiO₂为24~28 mol %；

Bi₂O₃为 16%~17 mol %；

K₂O为余量。

实现本发明的第二个发明目的，其技术方案是一种大三阶非线性Sr₂CuO₃微晶玻璃材料的制备方法，包括以下步骤：