铅玻璃
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硅酸铅玻璃光敏性及其机理的探究方法

2020-10-25

玻璃材料的光敏性是指某些玻璃材料受紫外光照射后其折射率会发生根本性改变.利用玻璃材料的光敏性可以方便地制作光纤光栅及平面波导光栅等元器件,在光通讯及光传感等领域有着十分广泛的应用。硅酸铅玻璃具有很强的光敏性,但对其产生光敏性的机理人们却知之甚少。深入了解硅酸铅玻璃强光敏性的机理对其应用有若十分重要的意义。本文对硅酸铅玻璃的光敏性及其机理进行了深入研究。

首先,采用布儒斯特角法对不同组分的硅酸铅玻璃材料受266nm激光照射后的折射率变化进行了测量。首次发现硅酸铅玻璃受低功率密度(50mJ/cm2)的266nm激光照射后其折射率变化为负,在含50mol%氧化铅的硅酸铅玻璃中得到的较大折射率变化Δn= 0.2510.04.

其次,用紫外一可见吸收光谱、电子自旋共振谱(ESR)、拉曼光谱以及X射线光电子谱(XPS)等手段对硅酸铅玻璃体材料光敏性的产生机理进行了深入研究.(1)电子自旋共振谱研究表明.266nm激光照射不会在硅酸铅玻璃中产生顺磁缺陷中心,这一点与掺二氧化锗或二氧化锡的二氧化硅玻璃不同:(2)266nm激光照射的能量密度不同,硅酸铅玻璃内部结构的变化也是不一样的.当激光能量密度大于某一闲值时,硅酸铅玻璃在可见光区域的吸收系数突然增加,这一变化可能是由于硅酸铅玻璃局部温度升高而引起的:(3)高能量密度的266nm激光照射时,硅酸铅玻璃表面出现褐色斑点,在可见光区琴的吸收系数显著增大,XPS实验表明吐酸铅玻璃表面氧化铅含量增大,说明褐色斑点是由于部分氧化铅析出引起的;(4)低能量密度的266nm激光照射时,硅酸铅玻璃表面无褐色斑点产生,在可见光区域的吸收系数稍有增加,吸收边变平坦,Urbach能量增大.说明玻璃结构的无序性增大。拉曼光谱实验表明Pb-O键振动峰下降,说明由于266nm激光照射使硅酸铅玻璃中部分Pb-O键被破坏.

最后,采用溶胶-凝胶法在石英玻璃基底上制作了硅酸铅玻璃薄膜.并对紫外激光照射前后硅酸铅玻璃薄膜的吸收光谱进行了测量,发现266nm紫外光照射对硅酸铅玻璃在235nm的吸收峰无影响.这与电子自旋共振谱的实验结果一致.但248nm的准分子激光照射则会使硅酸铅玻璃在235nm的吸收峰发生光漂白。

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