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碲酸盐玻璃的非线性特性研究
作 者: 王艳玲
导 师: 戴世勋
学 校: 宁波大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: 碲酸盐 三阶非线性 热稳定性
分类号: TQ171.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
本文系统的研究了TeO2–Bi2O3系统玻璃在掺入重金属离子TiO2和Nb2O5后,玻璃的三阶非线性特性,及热稳定性等光学特性。论文的绪论简要地综述了碲酸盐玻璃的结构,研究现状及研究进展,同时也介绍了碲酸盐玻璃的三阶非线性研究进展和非线性光学理论,并提出了本文的研究思路和内容。第二章介绍了本文的研究方法,详细介绍了试验的样品性能测试及光学参数的计算。首先分析了如何估算光学带隙和Urbach能量。本章详细说明了这两个参数在吸收或是透过光谱基础上通过(α(ω)?ω)1/2~?ω( eV )曲线,(α(ω)?ω)2~?ω( eV )和ln(α)~?ω( eV )曲线分别外推得到的理论依据以及过程。介绍了析晶动力学的常用计算方法。最后介绍测量三阶非线性参数的Z-scan技术以及相关试验参数的测量与计算方法。第三章研究了TeO2–Bi2O3–TiO2系统玻璃热稳定性、三阶非线性等光学特性。有DTA测得玻璃的转变温度和玻璃析晶温度。利用经典的Tauc方程计算了样品光学带隙允许的直接跃迁、允许的间接跃迁及Urbach能量。利用开孔和闭孔条件下的Z-扫描归一化特征曲线,计算得到玻璃的非线性吸收系数和非线性折射率。研究了Bi2O3和TiO2含量对玻璃样品金属标准值、光学带隙、线性折射率及三阶非线性特性的影响。结果表明TeO2–Bi2O3–TiO2玻璃具有较好的热稳定性、样品的线性折射率和非线性折射率随光学带隙及金属标准值有减小的趋势。第四章研究了TeO2–Bi2O3–Nb2O5系统玻璃的成玻性能。该系统玻璃具有较小的玻璃形成区。测试了玻璃的热稳定性、三阶非线性等光学性能。发现该玻璃系统具有较好的热稳定性和较大的折射率。75TeO2–10Nb2O5–15Bi2O3玻璃样品的折射率高达2.1927。利用开孔和闭孔条件下的Z-扫描归一化特征曲线,计算得到玻璃的非线性吸收系数和非线性折射率。光学带隙和能量带隙随Bi2O3含量的增大而减小,而折射率和非线性折射率随Bi2O3含量的增大而增大。第五章对TeO2–Bi2O3–Nb2O5–TiO2玻璃的析晶动力学做了分析。非等温条件下研究了玻璃的析晶活化能E和Avrami参数n。分析发现TiO2含量增大了玻璃的非线性,加剧了TeO2–Bi2O3–Nb2O5玻璃的析晶程度,TiO2可作为该系统玻璃的有效成核剂。另一方面,玻璃的Avrami参数都接近于3,该种玻璃易整体析晶。对玻璃进行热处理,采用XRD发现样品热处理后得到的晶相种类为Bi2TeO5,热处理温度为440℃时,晶体尺寸明显增加,衍射峰尖而窄。最后是本论文的结论,总结了全文的试验研究成果,同时指出本研究存在的不足和需改进的地方。
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全文目录
摘要 4-6 Abstract 6-11 引言 11-13 1 绪论 13-27 1.1 碲酸盐玻璃 13-18 1.1.1 碲酸盐玻璃系统组成及结构 13-16 1.1.2 碲酸盐玻璃的特点及优化 16-18 1.1.3 碲酸盐玻璃的化学稳定性 18 1.2 碲酸盐玻璃的应用及国内外研究进展 18-21 1.2.1 碲酸盐玻璃的应用 18-19 1.2.2 碲酸盐玻璃研究进展 19-21 1.3 三阶非线性光学理论 21-25 1.3.1 非线性光学材料 21-22 1.3.2 非线性光学理论基础 22-23 1.3.3 三阶非线性光学参数 23-25 1.4 本论文研究的目的、意义及主要内容 25-27 1.4.1 目的及意义 25-26 1.4.2 主要内容 26-27 2 玻璃光学参数及非线性理论基础 27-46 2.1 热稳定性及析晶动力学 27-30 2.1.1 热稳定性 27-29 2.1.2 析晶动力学理论 29-30 2.2 光学带隙和Urbanch 能量 30-32 2.2.1 直接带隙和间接带隙 31-32 2.2.2 Urbach 能量的估算 32 2.3 三阶非线性光学理论 32-46 2.3.1 玻璃中的三阶非线性现象 32 2.3.2 z 扫描试验 32-34 2.3.3 闭孔z 扫描 34-39 2.3.4 开孔Z-扫描 39-42 2.3.5 几种估算三阶非线性系数的经验公式 42-45 2.3.6 Z-scan 的修正 45-46 3 TeO_2–TiO_2–Bi _2O_3系统玻璃的热学特性及三阶非线性特性研究 46-58 3.1 引言 46 3.2 实验 46-47 3.2.1 样品的制备 46-47 3.2.2 样品测试 47 3.3 结果与讨论 47-57 3.3.1 玻璃的热稳定性 47-48 3.3.2 折射率,摩尔折射度及金属标准值 48-50 3.3.3 玻璃的吸收光谱,光学带隙及Urbach 能量 50-54 3.3.4 三阶非线性 54-57 3.4 本章小结 57-58 4 TeO_2–Bi _2O_3–Nb _2O_5 系统玻璃的成玻性能及三阶非线性研究 58-72 4.1 引言 58 4.2 实验 58-59 4.2.1 样品制备 58 4.2.2 样品测试 58-59 4.3 结果与讨论 59-71 4.3.1 玻璃形成范围 59-60 4.3.2 玻璃的热稳定性 60-61 4.3.3 玻璃的红外光谱 61-62 4.3.4 折射率,能量带隙及金属标准值 62-64 4.3.5 玻璃的光学带隙 64-67 4.3.6 三阶非线性研究 67-71 4.4 本章小结 71-72 5 TeO_2–Bi _2O_3–Nb _2O_5–TiO_2微晶玻璃的光学特性研究 72-84 5.1 引言 72 5.2 实验 72-73 5.2.1 样品制备 72 5.2.2 性能测试 72-73 5.3 线性及热稳定性研究 73-76 5.3.1 折射率 73 5.3.2 热稳定性 73-76 5.4 析晶动力学研究及XRD 测试 76-82 5.4.1 析晶动力学 76-79 5.4.2 XRD 测试 79-82 5.5 热处理前后样品比较 82-83 5.5.1 吸收光谱比较 82 5.5.2 线性折射率比较 82-83 5.6 本章小结 83-84 6 结束语 84-87 参考文献 87-92 在学研究成果 92-93 致谢 93
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 玻璃工业 > 基础理论
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