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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

乔北京 陈飞飞 黄益聪 戴世勋 聂秋华 徐铁峰

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

乔北京, 陈飞飞, 黄益聪, 戴世勋, 聂秋华, 徐铁峰
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  • 在Ge-Se二元体系中引入相同摩尔比的Ga, Sn, Sb, Te四种元素, 使用熔融淬冷法制备了一系列硫系玻璃. 利用吸收光谱获得了不同元素引入下硫系玻璃能带结构的变化, 并结合拉曼光谱详细研究了产生光学特性变化的微观表征. 使用Z扫描方法测试了各个硫系玻璃样品在1550 nm波长下的三阶非线性参数, 发现加入Sn的玻璃的三阶非线性折射率n2最大, 达到了6.36×10-17 m2/W, 且其品质因子大于23, 表明Sn引入能够增强硫系玻璃在通信波段的三阶非线性, 这一研究结果为以后的高性能红外器件的设计及制备提供了一种环保且性能优良的候选材料.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61435009, 61308094) 国家重点基础研究发展计划(973计划项目子课题)(批准号: 2012CB722703)和宁波大学王宽诚幸福基金.
    [1]

    Romanova E A, Kuzyutkina Y S, Konyukhov A I, Abdel-Moneim N, Seddon A B, Benson T M, Guizard S, Mouskeftaras A 2014 Opt. Eng 53 1

    [2]

    Ren J, Li B, Wagner T, Zeng H, Chen G 2014 Opt. Mater. 36 911

    [3]

    Chen F F, Dai S X, Lin C G, Yu Q S, Zhang Q 2013 Opt Express 21 24847

    [4]

    Chen F, Yu Q, Qiao B, Xu T, Dai S, Ji W 2015 J. Non-Cryst. Solids. 412 30

    [5]

    Wang T, Gai X, Wei W, Wang R, Yang Z, Shen X, Madden S, Luther-Davies B 2014 Opt Mater Express 4 1011

    [6]

    Yang P L, Dai S X, Yi C S, Zhang P Q, Wang X S, Wu Y H, Xu Y S, Lin C G 2014 Acta Phys. Sin. 63 014210 (in Chinese) [杨佩龙, 戴世勋, 易昌申, 张培晴, 王训四, 吴越豪, 许银生林常规 2014 物理学报 63 014210]

    [7]

    Yu Y, Gai X, Wang T, Ma P, Wang R, Yang Z, Choi D Y, Madden S, Luther-Davies B 2013 Opt. Mater Express 3 1075

    [8]

    Guo H, Chen H, Hou C, Lin A, Zhu Y, Lu S, Gu S, Lu M, Peng B 2011 Mater. Res. Bull. 46 765

    [9]

    Hou Y, Liu Q, Zhou H, Gao C, Qian S, Zhao X 2010 Solid State Commun. 150 875

    [10]

    Petit L, Carlie N, Chen H, Gaylord S, Massera J, Boudebs G, Hu J, Agarwal A, Kimerling L, Richardson K 2009 J. Solid State Chem. 182 2756

    [11]

    Dong G, Tao H, Chu S, Xiao X, Wang S, Zhao X, Gong Q 2008 J. Non-Cryst. Solids. 354 440

    [12]

    Fayek S A 2005 Infrared Phys. Techn. 46 193

    [13]

    Tauc J,Menth A 1972 Journal of Non-Crystalline Solids 8 569

    [14]

    Sheik-Bahae M, Said A A, Wei TH, Hagan D J, Van Stryland E W 1990 IEEE J. Quantum Electron 26 760

    [15]

    Yin M, Li H, Tang S, Ji W 2000 Appl. Phys. B 70 587

    [16]

    Baeck J H, Kim T H, Choi H J, Jeong K H, Cho M H 2011 J. Phys. Chem. C 115 13462

    [17]

    Holomb R, Mitsa V, Akalin E, Akyuz S,Sichka M 2013 J. Non-Cryst. Solids. 373 51

    [18]

    Jackson K, Briley A, Grossman S, Porezag D V, Pederson M R 1999 Phys. Rev. B: Condens. 60 R14985

    [19]

    Han X, Tao H, Pan R, Lang Y, Shang C, Xing X, Tu Q, Zhao X 2013 Physics Procedia 48 59

    [20]

    Adam A B 2009 Journal of King Saud University-Science. 21 93

  • [1]

    Romanova E A, Kuzyutkina Y S, Konyukhov A I, Abdel-Moneim N, Seddon A B, Benson T M, Guizard S, Mouskeftaras A 2014 Opt. Eng 53 1

    [2]

    Ren J, Li B, Wagner T, Zeng H, Chen G 2014 Opt. Mater. 36 911

    [3]

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    Chen F, Yu Q, Qiao B, Xu T, Dai S, Ji W 2015 J. Non-Cryst. Solids. 412 30

    [5]

    Wang T, Gai X, Wei W, Wang R, Yang Z, Shen X, Madden S, Luther-Davies B 2014 Opt Mater Express 4 1011

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    Yang P L, Dai S X, Yi C S, Zhang P Q, Wang X S, Wu Y H, Xu Y S, Lin C G 2014 Acta Phys. Sin. 63 014210 (in Chinese) [杨佩龙, 戴世勋, 易昌申, 张培晴, 王训四, 吴越豪, 许银生林常规 2014 物理学报 63 014210]

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    Guo H, Chen H, Hou C, Lin A, Zhu Y, Lu S, Gu S, Lu M, Peng B 2011 Mater. Res. Bull. 46 765

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    Hou Y, Liu Q, Zhou H, Gao C, Qian S, Zhao X 2010 Solid State Commun. 150 875

    [10]

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    [11]

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    [13]

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    [14]

    Sheik-Bahae M, Said A A, Wei TH, Hagan D J, Van Stryland E W 1990 IEEE J. Quantum Electron 26 760

    [15]

    Yin M, Li H, Tang S, Ji W 2000 Appl. Phys. B 70 587

    [16]

    Baeck J H, Kim T H, Choi H J, Jeong K H, Cho M H 2011 J. Phys. Chem. C 115 13462

    [17]

    Holomb R, Mitsa V, Akalin E, Akyuz S,Sichka M 2013 J. Non-Cryst. Solids. 373 51

    [18]

    Jackson K, Briley A, Grossman S, Porezag D V, Pederson M R 1999 Phys. Rev. B: Condens. 60 R14985

    [19]

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    [20]

    Adam A B 2009 Journal of King Saud University-Science. 21 93

  • [1] 聂秋华, 王国祥, 王训四, 徐铁峰, 戴世勋, 沈祥. Ga对新型远红外Te基硫系玻璃光学性能的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 7949-7955. doi: 10.7498/aps.59.7949
    [2] 徐航, 彭雪峰, 戴世勋, 徐栋, 张培晴, 许银生, 李杏, 聂秋华. Ge-Sb-Se硫系玻璃拉曼增益特性研究. 物理学报, 2016, 65(15): 154207. doi: 10.7498/aps.65.154207
    [3] 刘硕, 李曙光, 付博, 周洪松, 冯荣普. 中红外高保偏硫系玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究. 物理学报, 2011, 60(3): 034217. doi: 10.7498/aps.60.034217
    [4] 周亚训, 於杏燕, 徐星辰, 戴世勋. 掺铒硫系玻璃的制备及其微结构光纤的中红外信号放大特性研究. 物理学报, 2012, 61(15): 157701. doi: 10.7498/aps.61.157701
    [5] 易昌申, 戴世勋, 张培晴, 王训四, 沈祥, 徐铁峰, 聂秋华. 新型单模大模场红外硫系玻璃光子晶体光纤设计研究. 物理学报, 2013, 62(8): 084206. doi: 10.7498/aps.62.084206
    [6] 赵浙明, 吴波, 刘雅洁, 江岭, 密楠, 王训四, 刘自军, 刘硕, 潘章豪, 聂秋华, 戴世勋. 低损耗Ge-As-Se-Te硫系玻璃远红外光纤的性能分析. 物理学报, 2016, 65(12): 124205. doi: 10.7498/aps.65.124205
    [7] 吴波, 赵浙明, 王训四, 江岭, 密楠, 潘章豪, 张培晴, 刘自军, 聂秋华, 戴世勋. Te基远红外硫系玻璃光纤的制备及性能分析. 物理学报, 2017, 66(13): 134208. doi: 10.7498/aps.66.134208
    [8] 杨安平, 王雨伟, 张少伟, 李兴隆, 杨志杰, 李耀程, 杨志勇. Ge-Sb-Se硫系玻璃的折射率和热光系数. 物理学报, 2019, 68(1): 017801. doi: 10.7498/aps.68.20181869
    [9] 胡博, 吴越豪, 郑雨璐, 戴世勋. 2 μm波段硫系玻璃微球激光器的制备和表征. 物理学报, 2019, 68(6): 064209. doi: 10.7498/aps.68.20181817
    [10] 杨佩龙, 戴世勋, 易昌申, 张培晴, 王训四, 吴越豪, 许银生, 林常规. 中红外色散平坦硫系光子晶体光纤设计及性能研究. 物理学报, 2014, 63(1): 014210. doi: 10.7498/aps.63.014210
    [11] 张巍, 陈昱, 付晶, 陈飞飞, 沈祥, 戴世勋, 林常规, 徐铁峰. Ge-Sb-Se硫系薄膜制备及光学特性研究. 物理学报, 2012, 61(5): 056801. doi: 10.7498/aps.61.056801
    [12] 甘渝林, 王丽, 苏雪琼, 许思维, 孔乐, 沈祥. 用拉曼光谱测量GeSbSe玻璃的热导率. 物理学报, 2014, 63(13): 136502. doi: 10.7498/aps.63.136502
    [13] 许思维, 王丽, 沈祥. GexSb20Se80-x玻璃的拉曼光谱和X射线光电子能谱. 物理学报, 2015, 64(22): 223302. doi: 10.7498/aps.64.223302
    [14] 乐放达, 王训四, 沈祥, 徐铁峰, 聂秋华, 戴世勋, 彭波. Dy3+掺杂Ge-Ga-S-CsI玻璃中红外发光特性研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3547-3553. doi: 10.7498/aps.59.3547
    [15] 朱 利, 陈定安, 崔一平, 徐玲玲, 杨文革, 王 文. 新型有机非线性光学材料L-苹果酸脲薄膜形成机理及性质研究. 物理学报, 2007, 56(1): 569-573. doi: 10.7498/aps.56.569
    [16] 杨艳, 陈云翔, 刘永华, 芮扬, 曹烽燕, 杨安平, 祖成奎, 杨志勇. Ge-As-S硫系玻璃的结构与性能调控. 物理学报, 2016, 65(12): 127801. doi: 10.7498/aps.65.127801
    [17] 梁飞, 林哲帅, 吴以成. 基于第一性原理的新型非线性光学晶体探索. 物理学报, 2018, 67(11): 114203. doi: 10.7498/aps.67.20180189
    [18] 林常规, 李卓斌, 覃海娇, 倪文豪, 李燕颖, 戴世勋. GeS2-Ga2S3-CsI硫系玻璃的析晶行为及其组成依赖研究. 物理学报, 2012, 61(15): 154212. doi: 10.7498/aps.61.154212
    [19] 林常规, 翟素敏, 李卓斌, 屈国顺, 顾少轩, 陶海征, 戴世勋. GeS2-In2S3硫系玻璃的物化性质与晶化行为研究. 物理学报, 2015, 64(5): 054208. doi: 10.7498/aps.64.054208
    [20] 杨志清, 王飞利, 林常规. 20GeS2·80Sb2S3硫系玻璃的析晶行为及动力学机理研究. 物理学报, 2013, 62(18): 184211. doi: 10.7498/aps.62.184211
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-01-23
  • 修回日期:  2015-04-20
  • 刊出日期:  2015-08-05

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

  • 1. 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室, 宁波 315211
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61435009, 61308094) 国家重点基础研究发展计划(973计划项目子课题)(批准号: 2012CB722703)和宁波大学王宽诚幸福基金.

摘要: 在Ge-Se二元体系中引入相同摩尔比的Ga, Sn, Sb, Te四种元素, 使用熔融淬冷法制备了一系列硫系玻璃. 利用吸收光谱获得了不同元素引入下硫系玻璃能带结构的变化, 并结合拉曼光谱详细研究了产生光学特性变化的微观表征. 使用Z扫描方法测试了各个硫系玻璃样品在1550 nm波长下的三阶非线性参数, 发现加入Sn的玻璃的三阶非线性折射率n2最大, 达到了6.36×10-17 m2/W, 且其品质因子大于23, 表明Sn引入能够增强硫系玻璃在通信波段的三阶非线性, 这一研究结果为以后的高性能红外器件的设计及制备提供了一种环保且性能优良的候选材料.

English Abstract

参考文献 (20)

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