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Ge–S二元透明硫系微晶玻璃三阶光学非线性特性研究
作者: irglass 时间: 2022-03-18 浏览:298 次

       近日,我室王康康硕士(第一作者)、陈飞飞副研究员(通讯作者),在Ceramics International期刊上发表了题为“Study on third-order optical nonlinear properties of transparent chalcogenide glass ceramics within Ge–S binary system”的论文(Ceramics International 48 (2022) 11209–11214. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.341)。

       Ge–S二元硫系玻璃由于绿色环保、结构简单、玻璃形成能力相对较强、热化学稳定性较好等优异性能而被广泛的研究。但是针对Ge–S微晶玻璃的研究相对较少,尤其是对其三阶光学非线性的探索,据我们所知,尚未报道。在本工作中,我们选择了富锗区组分为GeS1.5的玻璃作为基质,对其进行不同时间的热处理,以获得透明的Ge–S二元微晶玻璃。由于该玻璃网络呈现弱结晶性,短时间的热处理(< 10小时)尚未发现晶体的出现,需经过较长时间(> 10小时)的热处理后,才能有明显的GeS2晶体析出。通过高分辨率TEM以及EDS能谱证实了热处理25小时的玻璃样品内GeS2晶体的形成并且其尺寸小于10 nm(如图1所示)。

图1.(a)热处理25小时微晶玻璃样品的低分辨率TEM图像;(b)具有晶格条纹的GeS2纳米晶的高分辨率TEM图像;(c)d间距测量的TEM图像;(d)单个GeS2纳米晶体的EDS谱。

       然后,我们用中心波长在0.8μm的飞秒激光器作为泵浦源对该系列的Ge–S二元透明硫系微晶玻璃进行了Z扫描测量。结果表明:与未结晶的基质玻璃相比,Ge–S微晶玻璃的最大非线性折射率(n2)增大了1.8倍(如图2(a)中闭孔Z扫描曲线所示),最大非线性吸收系数(β)增大了2.3倍(如图2(b)中开孔Z扫描曲线所示)。非线性光学参数的变大可能是由于GeS2纳米晶与基质玻璃间介电常数差导致的介电限制效应以及纳米晶本身的局域场效应引起的。另外,根据表征Z扫描焦点处的输入和输出光强度之间的关系发现,本工作所获得的Ge–S微晶玻璃更适用于光限幅器件。

图2.(a)Ge–S基质玻璃和热处理10,15,25小时的微晶玻璃样品的闭孔和(b)开孔Z扫描曲线。