1、红外材料及器件实验室 新型红外Ga-Sb-S硫系玻璃光学及物理性能研究李戈，张腾宇，徐铁峰，戴世勋，聂秋华，焦清*宁波大学红外材料及器件实验室，浙江，宁波315211Email: jiaoqing, Tel.: 15888106585简介： Ga-Sb-S硫系玻璃具有优良的红外透过能力，是制作光学器件的重要材料； Ga-Sb-S硫系玻璃还有较好的化学稳定性和热稳定性，成玻能力较强，以及高非线性特性等特点，适合制造红外光学器件； 本文研究了不同阳离子Ga/Sb比例下Ga-Sb-S玻璃的光学和物理特性。实验过程 玻璃样品组分设计：GaxSb40-xS60（x=4,6,8,10,12 mol%）系列
2、玻璃。 过程：将称量好的玻璃抽真空至10-3Pa量级，然后将其放入炉中高温熔制，最后淬冷并退火。 测试：可见光与红外吸收透过光谱、密度、拉曼等。物理及热学性能测试表1 样品的组分设计与密度序号组分(mol%)密度(g/cm3)Tg()1Ga4Sb36S604.1332252Ga6Sb34S604.0832303Ga8Sb32S604.0822394Ga10Sb30S604.0382445Ga12Sb28S604.019265采用排水失重法（利用阿基米德原理）来测量玻璃样品的密度，其精度为0.001g/cm3。l 其中图谱都表现为硫系非晶态物质典型特征, 即3个宽的衍射包；l 没有出现尖锐的析晶
3、峰，没有出现明显的晶相，说明这批样品是非晶态主体物质。图 1 样品的XRD吸收光谱截止边与带隙分析由Tauc公式计算带隙 (1.1)图 2 Ga-Sb-S玻璃样品的近红外吸收截止边图 3 (a)玻璃样品(h)2与h的关系(插图为Eopt与Ga含量的关系);(b)玻璃样品(h)1/2与h的关系（插图为Eopt与Ga含量的关系）红外光谱透射 图 4 （a）Ga-Sb-S玻璃样品的红外透过光谱；（b）长波长吸收截止边表2 Ga-Sb-S玻璃样品的透过范围序号组分(mol%)透过范围(m)1Ga4Sb36S600.75313.2352Ga6Sb34S600.73213.0903Ga8Sb32S600.
4、72412.8654Ga10Sb30S600.71312.7325Ga12Sb28S600.70312.673拉曼散射光谱 图 5 (a)玻璃样品的拉曼光谱；(b)部分同组分材料的拉曼散射光谱图根据分子振动理论，玻璃材料中结构基团振动频率取决于结构网络的多面体中核心离子与近邻离子之间的键常数K和折合质量，其关系为： (1.2)因此，Ga的引入会使振动频率增大（Ga-S键的间常数大于Ga-Sb键）。结论1) 随着Ga元素含量的增加，玻璃样品密度随之略有下降。因为玻璃的密度由其组分的相对原子质量决定，Ga(31)的相对原子质量比Sb(51)的相对原子质量小。随着Ga的增加，Sb含量减少，玻璃组分的
5、摩尔质量减少，导致玻璃样品密度随之减小。2) Ga-Sb-S硫系玻璃在远红外的最高透过率达到60%，并且透过范围较宽，红外截止波长都达到12um左右。Ga含量的增加，价带变得更低，而导带受影响基本不大，从而导致玻璃网络中价带整体降低，使得带隙变大，短波截止边发生蓝移，同时使玻璃中的结构缺陷也得到进一步的改善。3) 在拉曼光谱中，随着Ga元素含量的增加和Sb元素的减少，由Sb-S结构振动引起的55.7cm-1和138cm-1处的谱峰会随着Sb元素所占的比例减少而下降。而295cm-1处由SbS3三角锥的1振动模式和GaS4的振动合成的的谱峰除了下降还向高波数方向移动。这是因为SbS3三角锥在295cm-1处的振动强度比GaS4大而振动频率比GaS4低。
