第36卷，第10期 2016年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 10· pp3163-3168
October, 2016
Ge-Sb-S硫系玻璃的光谱特性及网络结构國值行为研究
黄益聪，陈飞飞*，乔北京，戴世勋，徐铁锋，豪秋华
宁波大学高等技术研究院，红外材料及器件实验室，浙江宁波315211
摘要用熔融萍冷技术制备了两组Ge-Sb-S三元体系的硫系玻聘，获得了在不同Ge和Sb元素含量下制备所得玻璃的一系列物化及光谱学特性，并结合拉曼光谱从玻璃微观结构层面对光学特性的变化进行了系统的分析。利用基于平均配位数(之)的玻璃网络限制理论直观地描述了网络结构的变化趋势，发现当玻聘的 Z值超过2.6时，其相应的拉曼谱上会有明显的新峰出现，说明玻璃的网络结构产生了阔值行为且结构组成发生了明显变化，具体表现为非金属化合键的减少和金属化合键的增加。玻聘网络中新功能团的形成改变了玻璃整体键能的大小，进而影响了玻璃的能带结构，从而玻璃的光学带隙（E）值也随着Z值的变化表征出相应的阔值行为。
关键词疏系玻璃；网值行为；平均配位数；拉受光谱；光学带隙
中图分类号：TN213
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)10-3163-06
定性及其他性质的变化。对于最简单的二元体系玻璃Ge-S 来说，由于其对环境无害且拥有较好的热化学性能，一直是研究人员关注的对象。例如，在Ge-S体系中添加Ga元素，
作为一类典型的以共价键为主成键结构的玻璃来说，硫系玻璃在过去的几十年里得到了研究者们广泛的关注和研究。相较于传统的氧化物玻璃而言，硫系玻璃主要的优势在于其在中远红外波段，3～5及8～14xm内都拥有较高的透过率，这就意味者硫系玻璃可以广泛的应用于红外热成像、红外激光传输和化学传感等领域[1-3]，此外，硫系玻璃还具有更低的声子能量、较高的折射率、高的玻璃转变温度、较强的玻璃形成能力以及更高的非线性参数，特别是三阶非线性电极化率》，可以比石英玻璃的非线性极化率高出两至三个数量级4}。硫系玻璃拥有的高光学非线性性能使得其成为光通信网络中超快全光开关制备材料的最佳选择。然而，相比于氧化物玻璃来说，硫系玻璃还是存在一些缺陷，例如，力学性能及热学、化学稳定性都不如氧化物玻璃并且在通信波长处，硫系玻璃还存在着很强的双光子吸收效应，这些缺陷都在很大程度上限制了硫系玻璃在更多光电领域中的应用5。
此前的相关研究表明，硫系玻璃的物化特性及光学性能
会随者玻聘组分、热处理方式及制备方法的不同而发生相应的变化。在一个二元体系的硫系玻璃中加人第三种元素会道成原玻璃组分以及结构的变化，从而会导致玻璃的热化学稳
收稿日期：2015-07-29，修订日期：2015-11-12
研究Ge-Ga-S三元玻璃的物化特性以及稀土掺杂能力[]，顾少轩等汀在Ge-S体系中添加P元素，研究Ge-P-S三元玻璃的物化特性及光学特性；在添加金属单质，如单质铜后， Balakrishnan等[的研究了Ge-Cu-S玻璃的物化特性及微观结构等。此外，还有研究表明拥有更宽带隙的玻璃可以克服通信波段处玻璃内的双光子吸收效应，或者说这类玻璃的双光子吸收效应对整体非线性的影响更小，而Ge-S玻璃就是这类玻璃，与此同时，移杂有重金属元素的Ge-S基硫系玻璃在过去的几十年里也得到了相应的研究，其中，对掺杂有Sb 元素的Ge-Sb-S体系玻璃及薄膜都进行了较为全面，包含了对其结构特性的相应研究[9-11]。然而，这些研究都局限于玻璃结构的分析而没有对结构特性与物化特性之间的联系进行更为深人的研究，玻璃组分的变化会导致玻聘的结构特性产生变动，从而也会导致玻璃其他特性的变化。为了从理论上描述玻璃组分与结构特性及其他特性之间的联系，研究人员们先后采取了很多的模型方法，这其中，基于约束理论和结构维度的拓扑模型是广泛使用的一种。拓扑模型中，玻璃特性变化与平均配位数之的变化紧紧联系在一起。此前的研究表明，硫系玻璃中存在着一个平均配位数的门限值，通常被认为是2.67左右，一旦超过这个阔值，玻璃的网络结构就会
基金项目：国家自然科学基金项目（61435009，61308094)和宁波大学王宽诚幸桶基金项目资助
作者简介：黄益聪，1991年生，宁波大学高等技术研究院硕士研究生e-mail：hyc20150930@sinacom
万方数据系人e-mail：chenfeifeil@nbu.edu.cn