镶嵌Cr2+ZnSe晶体的硫系玻璃的制备与光学性能研究(3)

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（4）军事领域

激光武器是利用激光高能量密度以及激光单色性制成的定向能武器。与普通武器相比，激光武器产生的高度集中的激光具有强大能量，可以确保一次性击毁目标，并且激光可以实现光速飞行，可以迅速精准命中目标，而且激光产生成本低，与传统武器相比有很高的性价比。同时激光武器还具有具有攻击速度快、可精确度高、不受电磁干扰等优点，但很容易受天气等环境影响，激光武器真正投入使用还比较困难，还需要进一步研究。

1.3硫系玻璃

1.3.1硫系玻璃概述

硫系玻璃主要是指以元素周期表中硫族元素（S、Se、Te)为主掺杂其他金属或非金属材料烧制而成的玻璃[2]。从上个世纪五十年代开始，随着硫系玻璃优异的光学性能、电学性能以及半导体性能被发现，科研人员对硫系玻璃的研究从未停歇。与普通氧化物玻璃相比，硫系玻璃的键强要弱得多，主要是由两硫族元素之间的共价键形成的链状结构构成的，因此一般硫系玻璃中有较多的S或Se[3]。文献综述

1.3.2硫系玻璃的性能

与传统玻璃相比，硫系玻璃有较高的折射率（2.0~3.0），不同组分的硫系玻璃之间折射率也存在差异，比如Ge-Ga-S玻璃的折射率在2.1左右，而Ge-Sb-Se玻璃折射率可以达到2.9[5]。较低的声子能量（~350cm-1）,使得其在中红外发光过程中可以降低多声子无辐射跃迁，增强发光。另外，硫系玻璃在具有较宽的红外透过范围，并且在红外区域有较高的透过率，特别是在8~12μm，因此硫系玻璃被广泛应用到红外成像领域。

1.3.3硫系玻璃制备工艺

硫系玻璃的制备方法比较单一，目前主流制备方法还是采用传统的溶体急冷法。受化学气相沉积法制备通信光纤的启发，有人通过此方法制备硫系玻璃。

（一）溶体急冷法

与传统的氧化物玻璃不同，硫系玻璃原材料中含量较高的硫容易与氢、氧发生发应，且硫系玻璃溶体具有较大的蒸气压，因此需要将原料放入内部真空的密封玻璃管中加热熔制。由于硫系玻璃烧制温度在800~1000℃，为此一般选用石英玻璃作为容器。在制备过程中，为了使原料充分混合，需要不停摇摆；为了防止升温过快导致蒸气压剧增引起爆炸，通过缓慢升温将摇摆炉温度升至制备温度。处于粘流态的玻璃，通过冷水或风吹进行急冷，由于降至玻璃转变温度Tg（玻璃在玻璃态和高弹态之间相互转变的温度）时，玻璃材料性能急剧变化，因此玻璃需要放入保温炉中进行保温以消除玻璃内部应力。

（二）气相沉积法

化学气相沉积(CVD)被广泛应用到半导体材料制备工艺中，给绝缘材料以及金属合金材料的制备提供了许多便利。化学气相沉积法原理很简单，将两种或多种的气态原材料导入到一个反应室内，然后让原料发生化学反应，生成新材料，使其沉积到晶片表面，目前主要使用的气相沉积法包括蒸发法、化学气相反应法、溅射源法和流动油面上真空沉积法[6]。基于气相沉积法快速的急冷效果，可以制备一些难以非晶化的硫系玻璃，但此方法只适合制备薄膜，不方便制备块状样品，且由于不均匀蒸发问题，易导致样品成分改变，因此在实际制备时具有很大困难。

1.4 Cr2+:ZnSe

1.4.1 Cr2+:ZnSe概述

过渡族金属离子掺杂的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料是产生 2~5μm激光输出的重要中红外材料，其中Cr2+:ZnSe晶体材料是这类材料中综合性能较好的材料之一。从上世纪90年代开始，Deloach和Page等就对掺杂二价铬离子（Cr2+）硫化物光谱的细致研究。1997年R.H.Page等发明第一台掺Cr2+:ZnSe激光器，其较强的增益带宽时Cr2+:ZnSe在激光领域得到广泛关注。目前，IPG公司生产的Cr2+:ZnSe的晶体激光材料的可调谐范围在 1.9μm~3.3μm，功率可达到12W，转换效率可达到70%。但由于高质量大尺寸Cr2+:ZnSe晶体的制备生长周期长、技术复杂、成本高等原因，其应用应用受到不少限制。来!自~751论-文|网www.751com.cn