硫系玻璃硫系玻璃是一种新型的光子器件基质材料，它具有优良的中远红外透过性能、极高的折射率（2.0~3.5）、极高的非线性折射率系数（n2=2~20×10-18m2/W，是石英的100~1000倍）、较小的双光子吸收系数2超快非线性响应（响应时间小于200fs），且玻璃组分调控、并可采用与硅基半导体(CMOS)制造相兼容的制备工艺（热蒸发、磁控溅射等）。因此，基于硫系玻璃材料的单元或集成光子功能器件的研究和开发，成为目前国际上光子器件研究和开发的*活跃的前沿领域之一。本书从硫系玻璃结构、形成、光学等基本特性入手，介绍了硫系玻璃、光纤、薄膜的制备技术、全面系统的介绍了近年来基于硫系玻璃材料各类光子器件的*新研究进展和应用成果。
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目录
序言
前言
第1章 硫系玻璃结构 1
1.1 玻璃结构基础 2
1.1.1 结构学说 2
1.1.2 有序结构尺度 4
1.1.3 研究方法 4
1.2 玻璃结构理论 5
1.2.1 拓扑约束理论 6
1.2.2 中间相理论 7
1.3 玻璃中程序结构 10
1.3.1 均匀成核与结构相似性 10
1.3.2 Ge-Sb-S玻璃结构 11
1.3.3 GeS2-Ga2S3玻璃结构 16
参考文献 19
第2章 硫系玻璃体系与组成 24
2.1 硫系玻璃体系种类 24
2.2 硫系玻璃形成区 25
2.2.1 硫基玻璃形成区 25
2.2.2 硒基玻璃形成区 31
2.2.3 碲基玻璃形成区 36
2.3 商业化硫系玻璃组成及性能 40
参考文献 43
第3章 硫系玻璃光学特性 47
3.1 线性折射率 47
3.2 红外透过特性 48
3.3 光敏特性 49
3.3.1 光致暗化与光致漂白 49
3.3.2 光致各向异性 50
3.3.3 光致膨胀 51
3.3.4光致掺杂 51
3.4 三阶非线性光学特性 51
3.4.1 三阶非线性理论基础及其测量 52
3.4.2 硫系玻璃三阶非线性与化学组分的相关性 59
3.4.3 硫系玻璃三阶非线性与入射光波长的相关性 63
3.4.4 硫系玻璃三阶非线性与入射光强度的相关性 68
3.4.5 硫系玻璃三阶非线性与后期处理的相关性 71
参考文献 82
第4章 稀土掺杂硫系玻璃的中红外光谱特性 87
4.1 稀土离子种类及中红外能级跃迁机理 87
4.1.1 稀土元素的电子层构型 88
4.1.2 产生中红外跃迁的稀土离子及能级跃迁 88
4.2 稀土离子在硫系玻璃结构中的局域场特性 92
4.2.1 多声子弛豫 92
4.2.2 扩展X射线吸收精细结构光谱 94
4.3 稀土掺杂的中红外发光特性 95
4.3.1 掺Dy3+硫系玻璃中红外发光 97
4.3.2 掺Pr3+硫系玻璃中红外发光 105
4.3.3 掺Tm3+硫系玻璃中红外发光 114
4.3.4 掺Er3+硫系玻璃中红外发光 117
4.3.5 掺Ho3+硫系玻璃中红外发光 120
4.4存在的问题及展望 124
参考文献 125
第5章 硫系玻璃制备 130
5.1 发展历程 130
5.2 玻璃制备 131
5.2.1 原料提纯 131
5.2.2 真空石英安瓿熔制 133
5.2.3 提纯和熔炼一体化制备 134
5.2.4 开放式熔制技术 135
5.2.5 高能球磨法 137
5.3 精密模压 139
5.3.1 技术特点 140
5.3.2 模压镜片及其应用效果 141
参考文献 147
第6章 硫系玻璃陶瓷 150
6.1 玻璃陶瓷的发明 150
6.2 玻璃析晶 152
6.2.1 光散射理论 153
6.2.2 成核与晶粒生长 154
6.3 晶化改性 155
6.3.1 热-机械性能 156
6.3.2 二次谐波产生 163
6.3.3 活性离子发光 172
参考文献 177
第7章 硫系玻璃红外光学系统 183
7.1 红外光学系统用光学材料 183
7.2 硫系玻璃红外光学系统设计 185
7.2.1 硫系玻璃材料在红外光学设计中的优点 185
7.2.2 红外光学系统无热化设计方法 187
7.3 硫系玻璃红外光学系统的应用 190
7.3.1 长焦型长波红外望远镜物镜 190
7.3.2 基于硫系玻璃的模压非球面镜片 192
7.3.3 用于无人机的红外共心大视场环境监测镜头 194
7.3.4 模压硫系玻璃镜片在双波段红外成像镜头中的应用 196
7.3.5 模压硫系玻璃镜片在变焦红外光学系统中的应用 198
参考文献 201
第8章 硫系玻璃光纤及光纤光栅制备 203
8.1 硫系玻璃光纤制备 204
8.1.1 玻璃制备提纯 204
8.1.2 光纤制备 206
8.2 低损耗硫系玻璃光纤 215
8.2.1 低损耗光纤 215
8.2.2 商业化硫系玻璃光纤 221
8.3 硫系玻璃微结构光纤制备 224
8.3.1 堆拉法 225
8.3.2 浇铸法 229
8.3.3 钻孔法 232
8.3.4 挤压法 233
8.3.5 卷拉法 235
8.4 硫系光纤光栅 236
8.4.1 光纤光栅分类 238
8.4.2 硫系光纤光栅制备 242
参考文献 250
第9章 硫系光纤红外激光导能 259
9.1 发展历程 259
9.2 红外激光导能硫系光纤种类和性能 260
9.3 CO连续激光导能 262
9.4 CO2连续激光导能 264
9.5 自由电子激光等脉冲激光导能 265
9.6 存在的问题 266
参考文献 267
第10章 硫系光纤红外传感 269
10.1 研究历程 269
10.2 硫系玻璃光纤红外传感工作原理 270
10.3 硫系玻璃光纤红外传感应用 271
10.3.1 生物检测 272
10.3.2 液体监测 274
10.3.3 气体检测 276
10.4 存在的问题 278
参考文献 278
第11章 硫系玻璃光纤的中红外超连续谱输出 281
11.1 发展历程 281
11.2 硫系光纤非线性效应产生机理 282
11.2.1 时域GNLSE及其数值解法 283
11.2.2 频域GNLSE 286
11.2.3 SC谱产生中的色散和非线性效应 287
11.2.4 SC谱产生的主要机理 292
11.3 传统阶跃型硫系光纤红外SC谱输出 294
11.4 硫系拉锥光纤红外SC谱输出 301
11.5 硫系微结构光纤红外SC谱输出 305
11.6 新型硫系光纤结构设计及其SC谱仿真 309
11.7 存在的问题 313
参考文献 313
第12章 硫系拉曼光纤激光器 318
12.1 发展历程 318
12.2 受激拉曼散射机制和拉曼增益系数 320
12.3 硫系级联拉曼光纤激光器 321
12.4 硫系微纳光纤拉曼光纤激光器 324
12.5 硫系拉曼光纤激光器的理论研究 330
12.6 存在的问题 335
参考文献 336
第13章 硫系薄膜及光波导制备技术 339
13.1 硫系薄膜的制备技术 339
13.2 硫系光波导制备技术 342
13.2.1 光刻和刻蚀技术 346
13.2.2 热压印技术 355
参考文献 360
第14章 硫系集成光子器件 365
14.1 概述 365
14.2 硫系集成光传感器 366
14.2.1 硫系光波导微流控传感器 367
14.2.2 硫系中红外气体传感器 370
14.3 硫系非线性光子器件及其应用 373
14.3.1 高速全光信号处理 374
14.3.2 中红外超连续谱光源 377
14.4 硫系全光存储器 378
参考文献 385
第15章 硫系微纳光子器件 388
15.1 硫系微球腔 388
15.1.1 微球腔特征参数 389
15.1.2 玻璃微球制备方法 389
15.1.3 微球腔耦合 391
15.1.4 无源硫系微球腔 392
15.1.5 有源硫系微球腔 394
15.2 硫系光子晶体 398
15.2.1 硫系光子晶体制备方法 398
15.2.2 硫系光子晶体特性 398
参考文献 404
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