硫系玻璃硫系玻璃是一種新型的光子器件基質(zhì)材料，它具有優(yōu)良的中遠紅外透過性能、極高的折射率（2.0~3.5）、極高的非線性折射率系數(shù)（n2=2~20×10-18m2/W，是石英的100~1000倍）、較小的雙光子吸收系數(shù)2超快非線性響應（響應時間小于200fs），且玻璃組分調(diào)控、并可采用與硅基半導體(CMOS)制造相兼容的制備工藝（熱蒸發(fā)、磁控濺射等）。因此，基于硫系玻璃材料的單元或集成光子功能器件的研究和開發(fā)，成為目前國際上光子器件研究和開發(fā)的*活躍的前沿領(lǐng)域之一。本書從硫系玻璃結(jié)構(gòu)、形成、光學等基本特性入手，介紹了硫系玻璃、光纖、薄膜的制備技術(shù)、全面系統(tǒng)的介紹了近年來基于硫系玻璃材料各類光子器件的*新研究進展和應用成果。
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目錄
序言
前言
第1章 硫系玻璃結(jié)構(gòu) 1
1.1 玻璃結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 2
1.1.1 結(jié)構(gòu)學說 2
1.1.2 有序結(jié)構(gòu)尺度 4
1.1.3 研究方法 4
1.2 玻璃結(jié)構(gòu)理論 5
1.2.1 拓撲約束理論 6
1.2.2 中間相理論 7
1.3 玻璃中程序結(jié)構(gòu) 10
1.3.1 均勻成核與結(jié)構(gòu)相似性 10
1.3.2 Ge-Sb-S玻璃結(jié)構(gòu) 11
1.3.3 GeS2-Ga2S3玻璃結(jié)構(gòu) 16
參考文獻 19
第2章 硫系玻璃體系與組成 24
2.1 硫系玻璃體系種類 24
2.2 硫系玻璃形成區(qū) 25
2.2.1 硫基玻璃形成區(qū) 25
2.2.2 硒基玻璃形成區(qū) 31
2.2.3 碲基玻璃形成區(qū) 36
2.3 商業(yè)化硫系玻璃組成及性能 40
參考文獻 43
第3章 硫系玻璃光學特性 47
3.1 線性折射率 47
3.2 紅外透過特性 48
3.3 光敏特性 49
3.3.1 光致暗化與光致漂白 49
3.3.2 光致各向異性 50
3.3.3 光致膨脹 51
3.3.4光致?lián)诫s 51
3.4 三階非線性光學特性 51
3.4.1 三階非線性理論基礎(chǔ)及其測量 52
3.4.2 硫系玻璃三階非線性與化學組分的相關(guān)性 59
3.4.3 硫系玻璃三階非線性與入射光波長的相關(guān)性 63
3.4.4 硫系玻璃三階非線性與入射光強度的相關(guān)性 68
3.4.5 硫系玻璃三階非線性與后期處理的相關(guān)性 71
參考文獻 82
第4章 稀土摻雜硫系玻璃的中紅外光譜特性 87
4.1 稀土離子種類及中紅外能級躍遷機理 87
4.1.1 稀土元素的電子層構(gòu)型 88
4.1.2 產(chǎn)生中紅外躍遷的稀土離子及能級躍遷 88
4.2 稀土離子在硫系玻璃結(jié)構(gòu)中的局域場特性 92
4.2.1 多聲子弛豫 92
4.2.2 擴展X射線吸收精細結(jié)構(gòu)光譜 94
4.3 稀土摻雜的中紅外發(fā)光特性 95
4.3.1 摻Dy3+硫系玻璃中紅外發(fā)光 97
4.3.2 摻Pr3+硫系玻璃中紅外發(fā)光 105
4.3.3 摻Tm3+硫系玻璃中紅外發(fā)光 114
4.3.4 摻Er3+硫系玻璃中紅外發(fā)光 117
4.3.5 摻Ho3+硫系玻璃中紅外發(fā)光 120
4.4存在的問題及展望 124
參考文獻 125
第5章 硫系玻璃制備 130
5.1 發(fā)展歷程 130
5.2 玻璃制備 131
5.2.1 原料提純 131
5.2.2 真空石英安瓿熔制 133
5.2.3 提純和熔煉一體化制備 134
5.2.4 開放式熔制技術(shù) 135
5.2.5 高能球磨法 137
5.3 精密模壓 139
5.3.1 技術(shù)特點 140
5.3.2 模壓鏡片及其應用效果 141
參考文獻 147
第6章 硫系玻璃陶瓷 150
6.1 玻璃陶瓷的發(fā)明 150
6.2 玻璃析晶 152
6.2.1 光散射理論 153
6.2.2 成核與晶粒生長 154
6.3 晶化改性 155
6.3.1 熱-機械性能 156
6.3.2 二次諧波產(chǎn)生 163
6.3.3 活性離子發(fā)光 172
參考文獻 177
第7章 硫系玻璃紅外光學系統(tǒng) 183
7.1 紅外光學系統(tǒng)用光學材料 183
7.2 硫系玻璃紅外光學系統(tǒng)設(shè)計 185
7.2.1 硫系玻璃材料在紅外光學設(shè)計中的優(yōu)點 185
7.2.2 紅外光學系統(tǒng)無熱化設(shè)計方法 187
7.3 硫系玻璃紅外光學系統(tǒng)的應用 190
7.3.1 長焦型長波紅外望遠鏡物鏡 190
7.3.2 基于硫系玻璃的模壓非球面鏡片 192
7.3.3 用于無人機的紅外共心大視場環(huán)境監(jiān)測鏡頭 194
7.3.4 模壓硫系玻璃鏡片在雙波段紅外成像鏡頭中的應用 196
7.3.5 模壓硫系玻璃鏡片在變焦紅外光學系統(tǒng)中的應用 198
參考文獻 201
第8章 硫系玻璃光纖及光纖光柵制備 203
8.1 硫系玻璃光纖制備 204
8.1.1 玻璃制備提純 204
8.1.2 光纖制備 206
8.2 低損耗硫系玻璃光纖 215
8.2.1 低損耗光纖 215
8.2.2 商業(yè)化硫系玻璃光纖 221
8.3 硫系玻璃微結(jié)構(gòu)光纖制備 224
8.3.1 堆拉法 225
8.3.2 澆鑄法 229
8.3.3 鉆孔法 232
8.3.4 擠壓法 233
8.3.5 卷拉法 235
8.4 硫系光纖光柵 236
8.4.1 光纖光柵分類 238
8.4.2 硫系光纖光柵制備 242
參考文獻 250
第9章 硫系光纖紅外激光導能 259
9.1 發(fā)展歷程 259
9.2 紅外激光導能硫系光纖種類和性能 260
9.3 CO連續(xù)激光導能 262
9.4 CO2連續(xù)激光導能 264
9.5 自由電子激光等脈沖激光導能 265
9.6 存在的問題 266
參考文獻 267
第10章 硫系光纖紅外傳感 269
10.1 研究歷程 269
10.2 硫系玻璃光纖紅外傳感工作原理 270
10.3 硫系玻璃光纖紅外傳感應用 271
10.3.1 生物檢測 272
10.3.2 液體監(jiān)測 274
10.3.3 氣體檢測 276
10.4 存在的問題 278
參考文獻 278
第11章 硫系玻璃光纖的中紅外超連續(xù)譜輸出 281
11.1 發(fā)展歷程 281
11.2 硫系光纖非線性效應產(chǎn)生機理 282
11.2.1 時域GNLSE及其數(shù)值解法 283
11.2.2 頻域GNLSE 286
11.2.3 SC譜產(chǎn)生中的色散和非線性效應 287
11.2.4 SC譜產(chǎn)生的主要機理 292
11.3 傳統(tǒng)階躍型硫系光纖紅外SC譜輸出 294
11.4 硫系拉錐光纖紅外SC譜輸出 301
11.5 硫系微結(jié)構(gòu)光纖紅外SC譜輸出 305
11.6 新型硫系光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計及其SC譜仿真 309
11.7 存在的問題 313
參考文獻 313
第12章 硫系拉曼光纖激光器 318
12.1 發(fā)展歷程 318
12.2 受激拉曼散射機制和拉曼增益系數(shù) 320
12.3 硫系級聯(lián)拉曼光纖激光器 321
12.4 硫系微納光纖拉曼光纖激光器 324
12.5 硫系拉曼光纖激光器的理論研究 330
12.6 存在的問題 335
參考文獻 336
第13章 硫系薄膜及光波導制備技術(shù) 339
13.1 硫系薄膜的制備技術(shù) 339
13.2 硫系光波導制備技術(shù) 342
13.2.1 光刻和刻蝕技術(shù) 346
13.2.2 熱壓印技術(shù) 355
參考文獻 360
第14章 硫系集成光子器件 365
14.1 概述 365
14.2 硫系集成光傳感器 366
14.2.1 硫系光波導微流控傳感器 367
14.2.2 硫系中紅外氣體傳感器 370
14.3 硫系非線性光子器件及其應用 373
14.3.1 高速全光信號處理 374
14.3.2 中紅外超連續(xù)譜光源 377
14.4 硫系全光存儲器 378
參考文獻 385
第15章 硫系微納光子器件 388
15.1 硫系微球腔 388
15.1.1 微球腔特征參數(shù) 389
15.1.2 玻璃微球制備方法 389
15.1.3 微球腔耦合 391
15.1.4 無源硫系微球腔 392
15.1.5 有源硫系微球腔 394
15.2 硫系光子晶體 398
15.2.1 硫系光子晶體制備方法 398
15.2.2 硫系光子晶體特性 398
參考文獻 404
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