多光谱透明硫系玻璃组分优化及大尺寸制备技术 - 硫系玻璃 | 宁波大学红外材料及器件实验室
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多光谱透明硫系玻璃组分优化及大尺寸制备技术
作者: irglass 时间: 2023-03-08 浏览:590 次

       近年来红外技术的快速发展同时推动着融合可见、近/中红外的多光谱成像系统发展。ZnS和ZnSe晶体是典型的可见至长波红外的多光谱透明材料,主要制备方式有CVD和热压。目前CVD制备技术在批量生产大尺寸(>Ø100 mm)高光学质量的ZnS和ZnSe材料上仍存在较大的技术障碍,成本极高。亟需寻找新型可大尺寸制造的多光谱透明材料。硫系玻璃是目前唯一可商业化应用的长波红外透明玻璃材料,具有优良的光学特性和较低的折射率温度系数,已成为高性能无热化红外成像系统不可或缺的透镜材料之一。特别是,得益于其无定形材料本质,硫系玻璃的性能可通过组分调整进行灵活调控。因此,研发多光谱硫系玻璃材料极受关注。

       近期,我室硕士研究生杨柳、戴世勋研究员和林常规研究员在Optics Letters上发表了题为“Optimization of multispectral chalcogenide glass for large-size fabrication”【Opt Lett 2023, 48 (6), 1431-1433.】的研究论文。该工作基于GeS2–Ga2S3–CsCl硫系玻璃,选择了通常意义上热稳定性极佳(ΔT>150℃)系列硫系玻璃组分,探究了其在石英玻璃安瓿瓶中利用传统真空熔融-淬冷法的制备尺寸限制及其产生径向析晶的原因,提出了适于大尺寸制备的多组分硫系玻璃的超高玻璃形成能力(GFA)的新判据,通过三段式热分析法实现高GFA硫系玻璃的快速筛选,并解析了其GFA优化的内在结构关联(图1a),制备出尺寸Ø120 mm的多光谱硫系玻璃样品(图1b)。尽管该新型多光谱硫系玻璃材料的折射率色散较大(24.5),但其υ10 - n10图(图2a)处于新的位置,可为红外光学系统的消色差设计提供一种新材料选择。此外,本工作将其作为滤光片展示在可见和长波红外成像方面的潜在应用前景。

1. (a) (75-x)GeS2·15Ga2S3·10CsCl·xSb2S3 (GGC10-xSB, x=0, 2, 5, 10)玻璃拉曼光谱; (b) GGC10-3SB 玻璃、CaF2和MS-ZnS透光光谱. 插图为GGC10-3SB玻璃照片.

2. (a) GGC10-3SB与其它红外光学材料的υ10 - n10图. (b) GGC10-3SB玻璃作为滤光片的可见和红外成像照片.