1、毕业设计文献综述通信工程除氧剂对红外硫系玻璃光学光谱性质的影响研究摘要硫系玻璃作为透红外材料广泛应用于医学、民用、军事及航天等领域。随着红外技术的发展，对硫系玻璃的纯度到了一个新的高度。去除玻璃中的氧杂质成了重要的因素。关键字硫系玻璃；除氧剂；光学性能1引言众所周知，硫系玻璃是无机玻璃材料大家族中的一员。早在20世纪50年代硫系玻璃就开始被作为透红外材料不断使用1。这是因为,和氧化物玻璃相比,硫系玻璃具有较大的质量和较弱键强,因而具有比较长的透红外截止波15M,可有效地用于大气的第三个红外窗口812M。在六十年代激光技术的出现和迅速发展大大地促进了对自紫外至远红外传输介质的开发,所以硫系玻璃作
2、为透红外材料的实用价值亦在不断提高,尤其在制备短距离传输小功率信号和能量传输光纤方面具有很大的潜力21。随着远红外技术日益兴起，探索更深更广的太空，求索太空奥秘，寻觅地外生命及探索地球起源，已经成为了现代人类航天活动的第三个主要目标。在近二十年里，中国的“神舟号”飞船和返回式卫星、空间生命科学研究的成功实施，以及世界对太空资源的猜想和利用，宇宙探索越来越成为人们讨论和研究的焦点3。欧洲宇航局ESA推出的以探索外太空类地星球上的生命为主要目的达尔文计划DARWINMISSION45，利用放置于火星和木星之间的零位干涉仪，不断的扫描宇宙中处于红外波段的电磁波谱，搜索作为生命标志的水、臭氧及二氧化碳
3、存在而引起的红外频谱变化踪迹。这些化学组分的最重要1频谱特征是H2O在6M、O3在9M以及CO2分子在16M处引起光谱吸收峰6。然而零位干涉仪的核心光学部件之一就是一种能工作于频谱窗口618M的单模红外光纤3。同样，美国太空总署NASA推出的预计2011年升空的类地行星发现者号TERRESTRIALPLANETFINDERTPF7装备的新世界成像系统（NEWWORLDSIMAGER）也利用类似的远红外探测技术8。所以对红外光学材料制作的现代高精工艺要求材料的纯度达到一个新的要求。在硫系玻璃中，S基玻璃是由最轻的硫元素构成玻璃，其红外截止在10M左右。SE基玻璃能将截止带红移至14M，所以目前以
4、最合适远红外太空和光谱指纹探测应用的就是新型的采用硫族中最重元素TE为主要基质组分的新型TE硫系玻璃材料9。然而高性能透红外硫系玻璃材料的开发和应用长期来在很大程度上受到杂质对透过性能影响的制约。由于在11M前后就出现了因氧化物杂质引起的强烈吸收段而导致玻璃不能透过,使得硫系玻璃的实际透过区域只为0811M10。所以要达到上述实用价值，需要消除硫系玻璃中存在的微量杂质,主要是消除氧杂质，得到高纯度的材料，因为硫系玻璃中非本征吸收损耗（主要由各种阴阳离子杂质引起）对其红外特性影响很大11。本研究从TE的化学、物理性能出发，利用氧化剂去除原料中氧化物GEO,SEO2，SB2O3等氧化物杂质，获得最
5、简单有效的高纯度硫系玻璃方法，同时研究不同的还原金属的含量对玻璃形成、光谱性质的影响，选出除氧剂的最佳添加量，从而获得最佳的除氧效果，同时保持玻璃结构中除氧剂含量最低；逐步减小氧化物与其它元素杂质影响，从而获得改良的高透过率，透红外波段远的新型硫系硫卤材料，促进半导体和玻璃制作业的发展。2国内外研究情况国内不少的研究机构（中国科学院上海光学精密机械研究所、中科院西安光学精密机械研究所、宁波大学信息科学与工程学院等等）以及法国雷恩大学玻璃与陶瓷国家实验室对硫系玻璃中杂质消除研究进行了一些研究，取得了一系列的重要的研究成果。但是对TE基玻璃除氧的研究并不多，经国内CNIK数据库查询，1987年20
6、06年国内在掺TE的硫系玻璃仅9篇，且大部分集中于上世纪90年代初。1997年华东理工大学无机材料系的陈国荣、程继建发表了高纯透红外硫系玻璃材料的制备，里面对氧杂质对硫系玻璃的影响并提出了利用真空蒸馏方法并加入MG可以提高除氧效果。1998年北京有色金属研究总院的杨海等人发表了含氧硫系玻璃中氧吸收的消除，里面写道添加AL对除氧效果研究。2008年宁波大学信息科学与工程学院的戴世勋等人发表了GESESB硫系玻璃中杂质消除研究，里面采用整体蒸馏添加MG原料的纯化工艺能最有效地消除玻璃中的杂质中通过研究了五种不同预处理工艺制备下杂质对GESESB玻璃的红外透过性能的差异，得出采用整体蒸馏添加MG原料
7、的纯化工艺能有效地消除玻璃中的杂质。3理论研究杂质氧通常被认为是在整个中红外区构成硫系玻璃中非本征吸收损耗的最主要原，因配料或原料中混入的H2O，O，TE等杂质会引起玻璃中红外光谱区明显的吸收峰，而且不熔性杂质的存在，影响了TE玻璃的成玻璃性能，因此，在硫系玻璃的提纯化研究中，常常添加强还原剂如MG、AL等来实现对玻璃原料中的O，H2O等杂质的去除。配制好几组相同的玻璃组分，分别加入不同量的MG、AL，利用真空提纯法制备出除氧后的玻璃。然后利用红外光谱技术和多声子吸收理论分析特定玻璃组分下的红外光谱特性，对硫系玻璃进行光谱性能测试。红外光谱主要是激发分子的声子跃迁，是分子结构的客观反映，谱图中
8、的吸收峰都对应着分子中各个基团的振动方式（伸缩或者弯曲振动）。根据红外谱特性，分析不同含量及不同种类除氧剂对TE基硫系玻璃的红外截止波长长等光学特点的影响，选出最佳除氧效果的除氧剂。实验基本过程如下（1）选取TE基硫系玻璃原料，根据不同预处理工艺设计不同工艺方案制取样品（2）利用真空提纯法对不加除氧剂的原料和分别加除氧剂的原料进行提纯、熔制（3）将样品切割、抛光加工，用光谱测试仪进行透过光谱测量（4）利用红外光谱技术和多声子吸收理论分析特定玻璃组分下的红外光谱特性。观察MG、AL等不同除氧剂的提纯效果4总结虽然早在上世纪50年代硫系玻璃就以开始应用，但对TE基硫系玻璃的研究还不是很多，所以对其
9、除氧的研究也不是很多。本研究就是对除氧剂对TE基硫系玻璃的光学光谱性质影响的研究。选出最佳的除氧剂达到最佳除氧效果。因为高纯的TE基硫系玻璃材料是应用于新型远红外技术的必备材料。5参考文献1高桥志郎,1985,2075952BRUNOBUREAU,CATHERINEBOUSSARDPLEDEL,PIERRELUCAS,XIANGHUAZHANGANDJACQUESLUCAS,FORMINGGLASSESFROMSEANDTE3高远,吴昊,程华月,蒋玉思真空蒸馏法制备高纯碲有色金属2007，120224AAWILHELM,CBOUSSARDPLEDEL,QCOULOMBIER,JLUCAS,BB
10、UREAU,PLUCAS,DEVELOPMENTOFFARINFRAREDTRANSMITTINGTEBASEDGLASSESSUITABLEFORCARBONDIOXIDEDETECTIONANDSPACEOPTICSADVMATER2007,1922379638005WCASH,DETECTIONOFEARTHLIKEPLANETSAROUNDNEARBYSTARSUSINGAPETALSHAPEDOCCULTERNATURE2006,442709851536XZHANG,BBUREAU,PLUCAS,CBOUSSARDPLEDEL,JLUCAS,GLASSESFORSEEINGBEYON
11、DVISIBLECHEMEURJ2008,144324427苏克曼,潘铁英,张玉兰波谱解析法1上海华东理工大学出版社,200288VQNGUYEN,JSSANGHERA,FHKUNG,IDAGGARWAL,IKLLOYD,EFFECTOFTEMPERATUREONTHEABSORPTIONLOSSOFCHALCOGENIDEGLASSFIBERSAPPLOPT1999,3815320632139戴世勋，王国祥,沈祥,王训四,徐铁峰，聂秋华，GA对红外TE基硫系玻璃光学性能的影响。物理学报，2010，59（11）7949795610陈国荣，程继健，高纯透红外硫系玻璃材料的制备。1997，4636911余尧楚，杨佩红硫系玻璃种微量杂质对光性影响的消除和测定。玻璃与搪瓷1986,31417
