低热光系数的Ga-Sb-S硫系玻璃作为声光材料的研究 - 硫系玻璃 | 宁波大学红外材料及器件实验室
研究进展
首页 > 研究进展
低热光系数的Ga-Sb-S硫系玻璃作为声光材料的研究
作者: irglass 时间: 2022-06-27 浏览:242 次

       近日,我室硕士研究生许增华(第一作者)和戴世勋研究员(通讯作者)在Ceramics International期刊上发表了题为“Investigation of the Ga-Sb-S chalcogenide glass with low thermo-optic coefficient as an acousto-optic material”的论文(Ceramics International. 2022, 48 (15), 21663-21670. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.04.144.)。

       声光器件可实现对激光的强度、频率和方向进行快速有效的控制,被广泛应用于激光谐振腔、光信号处理以及光探测等。硫系玻璃因其高线性折射率(2.1~3.5)、工作波长可覆盖近中远红外波段以及高的光学质量等优势,成为常用的声光器件介质。然而,从实际声光器件的设计角度考虑,硫系玻璃的高热光系数(dn/dT)通常会导致热透镜、自聚焦和激光损伤等现象,使其难以应用于高功率激光调制的声光器件中。因此,研究低dn/dT值的硫系玻璃作为声光介质具有重要意义。目前,只有少量商用硫系玻璃标有dn/dT参数,但仅报道了它们在10 μm波段的值。例如,来自AMTIR、VITRON和Umicore三家公司的AMTIR-6 (As2S3)、IG5 (Ge28As12Se60)和GASIR@2 (Ge20Sb15Se65) 商用硫系玻璃在10 μm波长处的dn/dT分别为76×10-6/℃、91×10-6/℃和58×10-6/℃。此外,在近红外波段有关该参数的研究还未见报道,为了开发在1.55μm波段工作的低功耗光纤声光器件,有必要研究新型硫系玻璃在该波段dn/dT的值。

       本文制备了GaxSb40-xS60 (x = 4, 6, 8, 10 mol%)和GaySb36S64-y (y = 3, 5, 6 mol%)两个系列玻璃,首次系统地研究了它们的组成与声光性能之间的关系。表1汇总了Ca-Sb-S玻璃的声光特性参数,虽然(a) GaxSb40-xS60系列玻璃的声光品质因数(M2)随着Ga含量的增加而降低,但该系列玻璃的α (@10 MHz)和dn/dT更低,两者可分别最低至5.001 dB/cm和17.3×10-6/℃ [如图1(a)和图2(a)所示]。对于含Sb元素较高的 (b) GaySb36S64-y系列玻璃而言,M2随着Ga含量的增加而增加,Ga6Sb36S58玻璃在1550 nm波长的最大M2为455.78×10-18 s3/g,该值分别为熔融石英和As2S3硫系玻璃的301倍和2.5倍。然而,图1 (b)展示了这些玻璃的dn/dT,它们的值变化比较大(32.1×10-6/℃–57.2×10-6/℃),且在超声频率为10 MHz时的声衰减(α)很高,从5.446 dB/cm到7.274 dB/cm(如图2 (b)所示)。该研究结果为新型硫系玻璃应用于声光器件提供了重要参考。

表1 玻璃样品的声光特性参数

                注: 在1.55 μm波长下测得相关参数。

 

图1 (a) GaxSb40-xS60 (x = 4,6,8,10)和(b) GaySb36S64-y (y = 3,5,6)玻璃的折射率在1.55μm波长下随温度的变化

图2 (a) GaxSb40-xS60和(b) GaySb36S64-y玻璃样品在不同超声频率(f = 2.25、3.5、5、7.5和10 MHz)下的超声衰减(α)