硫系玻璃的光稳定性及相关机理研究

硫系玻璃的柔性结构和指数型带尾定域态特性决定了此类材料的独特光敏性，同时也对此类材料光稳定性的实现提出了挑战。本课题旨在研究硫系玻璃及薄膜光稳定性及相应机理。以新发现的光稳定硫系玻璃组成为契机，以研究光诱导效应与组成之间的关系为中心，以补充和完善相关理论模型、发现光稳定硫系玻璃新材料为目标，通过组分微调及离子共掺效应，研究硫系玻璃光诱导效应的可调节性（尤其是零效应），探讨光诱导响应的过程机理，为硫系玻璃在中、远红外强光领域中的应用奠定基础。本课题的预研取得重要进展，首次发现的光稳定硫系玻璃组成及相关工作在OPT EXPRESS上发表。由于该成果对发展高功率中、远红外激光传输材料有重要意义，美国著名光电杂志Laser Focus World 在2008 年第8 期对此做了专题报道。课题属多学科交叉，具有新颖的学术创意和重要应用前景，对我国红外、激光等高科技领域的发展具有重要的战略和科学意义。

硫系玻璃的柔性结构决定了此类材料具有独特的光敏性，但对其在外场作用下的被动光学应用提出了严峻挑战。硫系玻璃能否实现光稳定是迄今为止尚未给出明确答案的问题。开展此类课题的研究，对揭示硫系玻璃光诱导效应的本质，实现硫系玻璃光诱导效应的可调节性，进一步充实对硫系玻璃结构的认识具有重要科学意义。本项目重点研究了不同组成和掺杂离子种类及掺杂量、辐照条件（辐照源，辐照环境）等对硫系玻璃及薄膜光稳定性以及光诱导效应的影响。主要研究内容包括：系列非晶硫系薄膜xGe45Se55-(1-x)As45Se55从光暗化(PD)到光漂白(PB)过程的光诱导效应动力学过程，其中PB远快于PD；GeS2-SbSI玻璃的PD或PB效应与组成的关系，主要取决于玻璃中的GeS2含量，错键如[Sb–Sb]和[S–S]的浓度，以及玻璃网络的光聚合效应；GeSe2和Ge2Se3薄膜在空气和真空条件下的PB效应，Ge2Se3薄膜的PB主要由表面氧化引起，而本征结构变化则主要影响GeSe2薄膜的PB；氧-硫系薄膜的PB效应及与纯GeSe2薄膜的比较，观察到空气条件下激光辐照导致氧含量提高，表明氧进入玻璃结构网络，证实辐照诱导氧化效应是导致PB的主因之一；Ag和AgI改性Ge-Ga-S硫系玻璃的伽马射线辐照效应，Ag掺杂可以对玻璃的辐照敏感性进行有效控制，AgI改性硫系玻璃则对伽马射线呈现更强的光敏性；Dy3+掺杂60GeSe2-20Ga2Se3-20MI（M=K, Cs, Ag）硫卤玻璃在808 nm激光激发下的近红外（1.32μm，1.73μm）和中红外（2.67μm）强发光特性，首次观察到2.67 μm中红外发光，且发光强度与Dy3+离子所处的局域环境敏感；新型Pr3+掺杂氧-硫卤玻璃的近红外发光性能，首次观察到870 nm（半高宽=53 nm）和1037 nm（半高宽=67 nm）近红外发光，且强度随GeO2的加入而显著增强； Eu2+/Yb3+和Ce3+/Yb3+共掺硫卤玻璃的近红外量子剪裁发光，证实存在分别从Eu2+和Ce3+离子到Yb3+离子的合作能量传递；Cr4+掺杂80GeS2-20Ga2S3玻璃和玻璃陶瓷的近红外宽带发光特性，观察到1250 nm处的宽带（1000-1500 nm）发射峰，半高宽超过250 nm。Ga2S3纳米晶体的形成使Cr4+离子发光强度提高约3倍，其室温量子效率达25%。