[发明专利]一种中红外Ge-Ga-La-S硫系玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中红外Ge‑Ga‑La‑S硫系玻璃及其制备方法，特点是其结构式为80GeS2‑(20‑x)Ga2S3–xLa2S3，其中x=1‑20，x为摩尔分数，制备方法包括以下步骤：1）称量Ge、Ga、La、S原料并混合均匀后封装于真空度为10‑4Pa以下的密闭石英容器中；2）对封装的混合原料进行高温熔融后，浸入蒸馏水进行快速淬冷；3）将硫系玻璃进行退火处理，退火结束后将密闭石英容器连同硫系玻璃一起以1~10℃/min的降温速率缓慢匀速降至室温，即得到中红外Ge‑Ga‑La‑S硫系玻璃，优点是具有良好的透过性、成玻能力以及热稳定性。

技术领域

本发明涉及一种红外光学及器件用基质材料，尤其是涉及一种中红外Ge-Ga-La-S硫系玻璃及其制备方法。

背景技术

硫系玻璃通常是指硫族元素和Ge、As、Ga等元素的化合物形成的玻璃态材料，相比氧化物和氟化物等玻璃，硫系玻璃具有很多优点，玻璃成型区较宽，通常可以在较宽的化学计量比例范围内形成玻璃，其性能在一定范围内连续可控，而且对桥接阴离子(S、Se、Te)的缺少或过量控制还能形成具有半导体性质的玻璃材料；其较大的折射率范围（n=2.1~2.5）使其在稀土掺杂发光的主动型应用方面有很大的优势；而且硫系玻璃的组成元素可以有较大的相对原子质量以及较弱的化学键，能形成声子能量很低的材料。硫系玻璃的最大声子能量一般在250到500 cm-1之间，显著低于硅酸盐玻璃约1100cm-1，氟化物玻璃约560cm-1，因此可以保证其透过中红外甚至远红外更长波长的光；此外，硫系玻璃的光学响应时间短、本征光学损耗低、非线性折射率高并且具有独特的光敏特性，是目前最有研究和潜在应用价值的红外激光介质材料之一。

Ge-Ga-S系列玻璃是目前众多硫系玻璃中的研究热点，主要包括Ge-S、Ge-Ga-S、Ge-Ga-Sb-S等。GeS4玻璃与As2S3 玻璃的性能类似，成玻能力较强、具有良好的热稳定性，而且含 Ge 的硫系玻璃一般有较高的玻璃转变温度。然而Ge-Ga-S硫系玻璃的玻璃转变温度与起始析晶温度差距太小，软化温度难以控制，用于拉制光纤等还有很多的难题。目前的技术水平下用GeGaS硫系玻璃制备无析晶光纤还存在着一定的难度。因而当前一个亟待解决的难题是优化Ge-Ga-S玻璃的热稳定性。围绕着这些问题，通过添加其他元素进行优化，需要开发新型多元玻璃对其性能进行改善。