1 宁波大学高等技术研究院, 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 宁波 315211
梯度折射率红外成像系统可在保持成像性能的基础上, 极大降低系统的尺寸、质量和成本, 有望推进红外成像系统向轻小型发展。然而, 目前没有可用的红外梯度折射率光学材料。本文基于65GeS2-25In2S3-10CsCl硫系玻璃, 利用梯度温度场热诱导析出轴向梯度分布的β-In2S3纳米晶体, 制得梯度折射率透明硫系微晶玻璃。结果表明: 析出的β-In2S3晶体为不同晶面取向纳米晶组成的多晶结构, 尺寸约为25 nm, 且晶体尺寸、数量与梯度温度场密切相关; 制得的梯度折射率硫系微晶玻璃仍保持良好的长波红外透过率, 且其10 μm处最大折射率差Δn达0.047。
硫系玻璃 热诱导析晶 梯度折射率 微晶玻璃 红外透过率 光学材料 chalcogenide glass thermally induced crystallization gradient refractive index glass-ceramics infrared transmission optical material
1 宁波大学 红外材料及器件实验室，浙江 宁波 315211
2 先进红外光电材料与器件浙江省工程研究中心，浙江 宁波 315211
为了丰富当前可用红外材料的种类，满足新一代红外成像光学系统的轻薄化设计需求，充分利用硫系玻璃组分可调和色散参数可选两大特殊优势，开发了新型硫系玻璃材料，并且在同一系统指标要求下，分别对基于传统红外材料和基于新型硫系玻璃设计的红外光学系统进行了性能对比。基于高折射率硫系玻璃的中波双视场红外光学系统，有效实现了去锗化设计，与基于传统红外材料的红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了35%，长度减少了15%，透过率提高了10%。基于叠层梯度折射率(gradient refractive index, GRIN)硫系玻璃的共光路、共焦面双波段红外光学系统，在非制冷型中/短波红外成像光学系统中首次实现了胶合透镜的设计，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了40%，长度减少了30%，透过率提高了15%；在制冷型中/长波红外光学系统中，具有不同折射率差值Δn的GRIN硫系玻璃展现出卓越的色差校正能力，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了20%，长度减少了20%，透过率提高了18%。设计结果表明，新型硫系玻璃的出现，是对现有红外材料的有益补充，为新一代红外成像光学系统提供了更为丰富的材料选择和更多的设计自由度，是实现轻薄化透射式红外光学系统的重要技术途径。
高折射率 梯度折射率(GRIN) 双波段 硫系玻璃 共口径 红外光学系统 high refractive index gradient refractive index (GRIN) chalcogenide glass dual-band common path infrared optical system 红外与激光工程
2023, 52(5): 20230102
宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室，浙江 宁波 315211
稀土离子掺杂硫系玻璃陶瓷具有较低的声子能量，使得硫化物纳米晶在发光调控方面极具优势。本文制备了不同摩尔分数Er3+掺杂的80GeS2·20Ga2S3硫系玻璃及玻璃陶瓷样品，采用先进的结构与性能表征手段，探讨了稀土离子掺杂摩尔分数以及析晶行为对Er3+离子的上转换发光的影响。研究结果表明，Er3+的引入使得玻璃转变温度和初始析晶温度降低，有助于玻璃成核析晶。同时，Er3+离子摩尔分数高的样品在相同的析晶热处理制度下呈现更强的Ga2S3析晶衍射峰，晶粒尺寸均小于100 nm。Ga2S3纳米晶的析晶使得Er3+离子的上转换发光增强近5倍，并且最佳发光掺杂摩尔分数从原来的0.75%增至1%。
材料 硫系玻璃 铒离子 上转换发光 析晶 玻璃陶瓷 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516008
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室，浙江 宁波 315211
2 宁波大学浙江省光电探测材料及器件重点实验室，浙江 宁波 315211
3 宁波大学先进红外光电材料及器件浙江省工程研究中心，浙江 宁波 315211
4 宁波海洋研究院，浙江 宁波 315832
稳定、高效和宽带发光的簇合物在生物成像、传感、光电子和照明等领域具有广阔的应用前景。这种发光簇合物的合成通常依赖于溶液处理和湿化学沉积法，面临着巨大的挑战。本文通过改变玻璃的网络拓扑结构和熔融条件精细调控碲的存在形态，在过冷溶体中合成全无机碲簇合物，即碲团簇掺杂硼酸盐玻璃。实验结果表明，在还原气氛下，结合具有较高网络聚合度的玻璃和氧化铝分散效应控制团簇的大小和形状以稳定形成近红外活性D2h-Te4团簇，并在全无机碲团簇D2h-Te4掺杂硼酸盐玻璃中实现808 nm激光器泵浦的高效超宽带近红外发光。
材料 碲团簇 硼酸盐玻璃 宽带光致发光 熔融条件 网络聚合度 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516005
宁波大学高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
可调宽带近红外发光材料作为红外光源和可调谐光纤激光器核心组件, 在高容量光纤通信、成像和遥感等现代技术中发挥着至关重要的作用。本文研究了碲掺杂钙-铝-锗酸盐玻璃的宽带近红外发光性能调控方案及其机理。通过引入碳构建还原气氛, 还原TeO2原料为碲原子; 再优化CaO、Al2O3含量, 调整碲掺杂钙-铝-锗酸盐玻璃中碲拓扑笼的结构和大小, 稳定并调控碲团簇发光中心, 实现高效且可调谐的宽带近红外发光。最后通过改变TeO2掺杂含量, 提供可形成团簇的合适含量碲源, 进一步增强碲近红外发光, 并揭示了碲近红外发光性能调控机理。本研究为未来宽带、高效、可调谐的近红外发光材料设计提供了重要指导, 推进了其在宽带光放大器和可调谐激光器中的应用。
碲团簇 近红外发光 宽带可调谐 调控机理 tellurium clusters near-infrared luminescence tunable broadband regulation mechanism
