红外硫系玻璃及其光子器件

目录 序言 前言 第1章 硫系玻璃结构 1 1.1 玻璃结构基础 2 1.1.1 结构学说 2 1.1.2 有序结构尺度 4 1.1.3 研究方法 4 1.2 玻璃结构理论 5 1.2.1 拓扑约束理论 6 1.2.2 中间相理论 7 1.3 玻璃中程序结构 10 1.3.1 均匀成核与结构相似性 10 1.3.2 Ge-Sb-S玻璃结构 11 1.3.3 GeS2-Ga2S3玻璃结构 16 参考文献 19 第2章 硫系玻璃体系与组成 24 2.1 硫系玻璃体系种类 24 2.2 硫系玻璃形成区 25 2.2.1 硫基玻璃形成区 25 2.2.2 硒基玻璃形成区 31 2.2.3 碲基玻璃形成区 36 2.3 商业化硫系玻璃组成及性能 40 参考文献 43 第3章 硫系玻璃光学特性 47 3.1 线性折射率 47 3.2 红外透过特性 48 3.3 光敏特性 49 3.3.1 光致暗化与光致漂白 49 3.3.2 光致各向异性 50 3.3.3 光致膨胀 51 3.3.4光致掺杂 51 3.4 三阶非线性光学特性 51 3.4.1 三阶非线性理论基础及其测量 52 3.4.2 硫系玻璃三阶非线性与化学组分的相关性 59 3.4.3 硫系玻璃三阶非线性与入射光波长的相关性 63 3.4.4 硫系玻璃三阶非线性与入射光强度的相关性 68 3.4.5 硫系玻璃三阶非线性与后期处理的相关性 71 参考文献 82 第4章 稀土掺杂硫系玻璃的中红外光谱特性 87 4.1 稀土离子种类及中红外能级跃迁机理 87 4.1.1 稀土元素的电子层构型 88 4.1.2 产生中红外跃迁的稀土离子及能级跃迁 88 4.2 稀土离子在硫系玻璃结构中的局域场特性 92 4.2.1 多声子弛豫 92 4.2.2 扩展X射线吸收精细结构光谱 94 4.3 稀土掺杂的中红外发光特性 95 4.3.1 掺Dy3+硫系玻璃中红外发光 97 4.3.2 掺Pr3+硫系玻璃中红外发光 105 4.3.3 掺Tm3+硫系玻璃中红外发光 114 4.3.4 掺Er3+硫系玻璃中红外发光 117 4.3.5 掺Ho3+硫系玻璃中红外发光 120 4.4存在的问题及展望 124 参考文献 125 第5章 硫系玻璃制备 130 5.1 发展历程 130 5.2 玻璃制备 131 5.2.1 原料提纯 131 5.2.2 真空石英安瓿熔制 133 5.2.3 提纯和熔炼一体化制备 134 5.2.4 开放式熔制技术 135 5.2.5 高能球磨法 137 5.3 精密模压 139 5.3.1 技术特点 140 5.3.2 模压镜片及其应用效果 141 参考文献 147 第6章 硫系玻璃陶瓷 150 6.1 玻璃陶瓷的发明 150 6.2 玻璃析晶 152 6.2.1 光散射理论 153 6.2.2 成核与晶粒生长 154 6.3 晶化改性 155 6.3.1 热-机械性能 156 6.3.2 二次谐波产生 163 6.3.3 活性离子发光 172 参考文献 177 第7章 硫系玻璃红外光学系统 183 7.1 红外光学系统用光学材料 183 7.2 硫系玻璃红外光学系统设计 185 7.2.1 硫系玻璃材料在红外光学设计中的优点 185 7.2.2 红外光学系统无热化设计方法 187 7.3 硫系玻璃红外光学系统的应用 190 7.3.1 长焦型长波红外望远镜物镜 190 7.3.2 基于硫系玻璃的模压非球面镜片 192 7.3.3 用于无人机的红外共心大视场环境监测镜头 194 7.3.4 模压硫系玻璃镜片在双波段红外成像镜头中的应用 196 7.3.5 模压硫系玻璃镜片在变焦红外光学系统中的应用 198 参考文献 201 第8章 硫系玻璃光纤及光纤光栅制备 203 8.1 硫系玻璃光纤制备 204 8.1.1 玻璃制备提纯 204 8.1.2 光纤制备 206 8.2 低损耗硫系玻璃光纤 215 8.2.1 低损耗光纤 215 8.2.2 商业化硫系玻璃光纤 221 8.3 硫系玻璃微结构光纤制备 224 8.3.1 堆拉法 225 8.3.2 浇铸法 229 8.3.3 钻孔法 232 8.3.4 挤压法 233 8.3.5 卷拉法 235 8.4 硫系光纤光栅 236 8.4.1 光纤光栅分类 238 8.4.2 硫系光纤光栅制备 242 参考文献 250 第9章 硫系光纤红外激光导能 259 9.1 发展历程 259 9.2 红外激光导能硫系光纤种类和性能 260 9.3 CO连续激光导能 262 9.4 CO2连续激光导能 264 9.5 自由电子激光等脉冲激光导能 265 9.6 存在的问题 266 参考文献 267 第10章 硫系光纤红外传感 269 10.1 研究历程 269 10.2 硫系玻璃光纤红外传感工作原理 270 10.3 硫系玻璃光纤红外传感应用 271 10.3.1 生物检测 272 10.3.2 液体监测 274 10.3.3 气体检测 276 10.4 存在的问题 278 参考文献 278 第11章 硫系玻璃光纤的中红外超连续谱输出 281 11.1 发展历程 281 11.2 硫系光纤非线性效应产生机理 282 11.2.1 时域GNLSE及其数值解法 283 11.2.2 频域GNLSE 286 11.2.3 SC谱产生中的色散和非线性效应 287 11.2.4 SC谱产生的主要机理 292 11.3 传统阶跃型硫系光纤红外SC谱输出 294 11.4 硫系拉锥光纤红外SC谱输出 301 11.5 硫系微结构光纤红外SC谱输出 305 11.6 新型硫系光纤结构设计及其SC谱仿真 309 11.7 存在的问题 313 参考文献 313 第12章 硫系拉曼光纤激光器 318 12.1 发展历程 318 12.2 受激拉曼散射机制和拉曼增益系数 320 12.3 硫系级联拉曼光纤激光器 321 12.4 硫系微纳光纤拉曼光纤激光器 324 12.5 硫系拉曼光纤激光器的理论研究 330 12.6 存在的问题 335 参考文献 336 第13章 硫系薄膜及光波导制备技术 339 13.1 硫系薄膜的制备技术 339 13.2 硫系光波导制备技术 342 13.2.1 光刻和刻蚀技术 346 13.2.2 热压印技术 355 参考文献 360 第14章 硫系集成光子器件 365 14.1 概述 365 14.2 硫系集成光传感器 366 14.2.1 硫系光波导微流控传感器 367 14.2.2 硫系中红外气体传感器 370 14.3 硫系非线性光子器件及其应用 373 14.3.1 高速全光信号处理 374 14.3.2 中红外超连续谱光源 377 14.4 硫系全光存储器 378 参考文献 385 第15章 硫系微纳光子器件 388 15.1 硫系微球腔 388 15.1.1 微球腔特征参数 389 15.1.2 玻璃微球制备方法 389 15.1.3 微球腔耦合 391 15.1.4 无源硫系微球腔 392 15.1.5 有源硫系微球腔 394 15.2 硫系光子晶体 398 15.2.1 硫系光子晶体制备方法 398 15.2.2 硫系光子晶体特性 398 参考文献 404