[精品]材料物理与化学献综述.doc

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1、I文献综述随着红外及光电子技术的发展，传输旷12um的光纤有着越来越多的应用。诸如超低损耗通信光纤、抗辐射通信光纤、二氧化碳激光传能光纤、传感探测器及军事上的红外探测成像系统等。FI前，用作红外玻璃光纤的材料主要有重金属氧化物玻璃、硫化物玻璃、卤化物玻璃和硫卤化物等。重金属氧化物红外玻璃光纤常用的系统有：错酸盐玻璃、铝钙玻璃及其以As、Sb、Si、MO、W等氧化物为基础的各系统玻璃。一般讲，这些玻璃具有化学稳定性、力学性质、抗热冲击性能好等优点，但它们的红外性质不如卤化物和硫属化合物玻璃好。能拉制成长的纤维，

2、并已测试性能的仅只有几种：（1）以Ge（）2为基础的诸酸盐玻璃光纤的制备已有几年。最近报道Ge02-Sb203玻璃采用VAD法（Vapor-phaseAxialDeposition）拉制成400m长的光纤，在2.5um处损耗小于70dB/kmo（2）以Te02为基础的玻璃，如Te02-Ba0-Zn0已经制成6200卩m的红外光纤。由于这类光纤的红外透过范弗I不宽，折射率又较高，故其损耗值不会很小，只适用于短范围内的传输。（3）其屮研究得最成功的是石英玻璃光纤，其损耗在1.55um处达到0.2dB/km以下，接

3、近其理论值。虽然重金属氧化物玻璃的红外透过范围宽，多声子吸收小，但其折射率较大，因而传输损耗仍很高。如以Ge02为基础的重金属氧化物玻璃为例，在2.0um处的最低固有损耗为0・07dB/km,jfuH前己报道的最低损耗为4dB/km,这个数值差界是由0H的非固有吸收引起的。Ge02对0H有强的亲合力，它的基频吸收靠近2.8um处，而主要的尾部降至更短的波长。卤化物玻璃可分为两类:氯化物玻璃和氟化物玻璃。氯化物玻璃主要是ZnC12玻璃,在屮红外波段是一•种很好的导光材料，3-4Um处有极低的理论损耗（〜10-3

4、dB/km）。但znCI2易潮解和失透，需从拉丝工艺和涂覆、包层等方而加以改进。氛化物玻璃是二价、三价和四价的氟化物形成的多组分玻璃，其屮性能最优越的是以ZrF4为基础的玻璃，如ZrF4-BaF2-LaF3-AIF3-NaF,其光纤的最低理论损耗值也可以达10-3dB/km（3.4um）。日本茨城通讯研究所采用浇注法成型了ZrF4-B3F2-GdF3玻璃坯棒。据报道，美国海军研究所制得的氟玻璃光纤最小损耗为0.71dB/km（2.6林m）。氟化物玻璃对潮气不够稳定，纤维的强度在潮湿空气小随时间下降，这是有待于

5、改进的。FI前采用氮化物涂层等方法，得到较好的效果，寻找对水气不渗透的有机塑料也是很有价值的。为发展通讯用红外光纤，氟化物光纤的损耗的进一步下降，自聚焦型光纤的制造工艺等要开发。硫化物玻璃是硫族元索（硼、硒、碼）与其他金属或非金属元索形成非晶态（玻璃）材料的总称。它包括单组分的As2S3、As2Se3、GeS2玻璃及含As、sb、He、se和s等的多组分玻璃。与氧化物玻璃相比，其光子能量低，化学键的共价性高，电子带隙小，折射率高以及传输带宽（由可见到红外区域,0.5-12um）o最早是将As2Se3制成玻璃态

6、，后来相继开发了As~S>As~Ge、Ge-As-Se、Ge-As-S、As-Se-Te和Ge-As-Se-Te系统。尽管As-S基玻璃具有很好的玻璃形成能力，但由于制备过程小难免有As203聚毒物的生成，因此越來越多的人开始考虑使用第TV主族元素Ge来取代As,于是又出现了Ge-P-s、Ge-s和Ge~se系统光纤材料。H前，硫系玻璃红外透过波长区域己达到0.8-16umoGe-S系统玻璃是H前所知短波段透过性能最好，折射率和毒性较低的硫系玻璃。GeS2-Ga2S3-KCI和GeS2-Ga2S3-KBr系统

7、玻璃透过范围在0.42-11.m之间，透过率可达80%以上（厚度为2mm）o玻璃熔制：%1配料：硫系玻璃原料的称量和混合需在手套箱屮进行，避免朵质的污染。%1石英容器预处理：内部用HF溶液侵蚀，用蒸馆水漂洗干净，再烧干。%1玻璃烧制：把配料放入经预处理的石英容器内，抽真空，封口，放入摇摆炉内熔制。%1退火：消除内应力，使玻璃内部更均匀化。拉制光纤的方法主要有:棒管法、划划法、及浇注法。(1)棒管法即是在折射率较高的芯料玻璃棒外面，套上折射率较低的皮料玻璃管。然后置于屯炉小加热至适半温度，拉制成纤维，一般玻璃棒

8、直径为6—15mm,长80~120mm。管内壁和棒表面均需要光学抛光，尺寸严格匹配，以保证两者接触平整。严格控制拉丝温度、调节管棒的下降速度和拉丝速度，是拉制一定直径的纤维、保证纤维质量的重要因索。(2)双柑锅法外划堀为皮玻璃，内堆堀为芯玻璃，堆坝流料口的位置和尺寸必须容许芯料和皮料玻璃0间所发生所要求的扩散，当芯玻璃流过皮玻璃时得到希望的芯和皮尺寸。圮堀用钳或派来克司玻璃制成，在连续操作吋，从垃圳