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Ga_xSb_40-xS₆₀ (x = 4, 6, 8, 10 mol%)和Ga_ySb₃₆S_64-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) Ga_xSb_40-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) Ga_ySb₃₆S_64-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) Ga_xSb_40-xS₆₀ (x = 4，6，8，10)和(b) Ga_ySb₃₆S_64-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) Ga_xSb_40-xS₆₀和(b) Ga_ySb₃₆S_64-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)