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    氟化物玻璃的種類

    作者:奧固鴻已有:N多人關注
    氟化物玻璃最早研究的為BeF2玻璃成分,因其有毒且易潮解,影響其實際應用,自從研制成ZrF4系統玻璃以來,發現氟化物系統光透過范圍寬,從紫外到紅外,特別是用氟化物制成玻璃纖維,在2.6um紅外波段損耗很低,推動了氟化物玻璃研究的進展。
    1、氟化鋯玻璃   以ZrF4為玻璃形成物組成的ZrF4-BaF2-NaF、ZrF4-BaF2-NdF3、ZrF4-BaF2-LaF3、ZrF4-BaF2-GdF3、ZrF4-BaF2-UF4、ZrF4-BaF2-LaF3等成分,折射率nD在1.5~1.55左右,密度4.5g/cm3以上,透過窗口寬,從230~8000nm,Tg比較低,在240~455℃之間。
    四元系統如ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3(簡稱ZBLA)、ZrF4-BaF2-LaF3-LiF(簡稱ZBLLi)、ZrF4-BaF2-GdF3-AlF3(簡稱ZBGdA)、ZrF4-BaF2-LaF3-ZnF2(簡稱ZBLZn)、ZrF4-LaF3-AlF3-PbF2(簡稱ZLaAPb)、多元系統如ZrF4-BaF2-LaF3-LiF-AlF3-AlF3-PbF2、ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF等成分,用于制備光纖,除了在紅外波段損耗低外,還要求玻璃形成范圍廣,拉制成形時不析晶,玻璃均勻性好,如玻璃不均勻,也會導致光纖損耗增加。ZrF4-AlF3-LaF3-BaF2-NaF系統也可用作摻Nd3+的激光玻璃的基礎成分。
    2、氟化鈹玻璃  BeF2玻璃折射率很低,nDwei 1.275~1.33,相當于水的折射率,甚至比水還低,而阿貝數極高,Vd為95~106,透過波段為150~5000nm,從紫外一直到紅外,這樣就形成高折射率低色散的光學玻璃,但其硬度低,化學穩定性差,如用作光學鏡頭需要特殊保護措施。
    在BeF2中加入1價、2價或3價氟化物,形成BeF2-NaF、BeF2-KF、BeF2-MgF2、BeF2-CaF2、BeF2-AlF3、BeF2-LaF3、BeF2-ThF4等系統。加入高價氟化物后如BeF2-AlF3、BeF2-LaF3、BeF2-ThF4成分,其性質有所改善。多元系統如BeF2-AlF3-MgF2-BaF2、BeF2-AlF3-MgF2-PbF2、BeF2-UF4-MnF2-FeF3等成分,有的還不具有應用價值。BeF2-AlF3-KF-CaF2系統可作釹離子激光玻璃的基礎玻璃成分,受激發射截面σ為(1.6~4.0)*10-20cm2,發光波長Δeff為19~28nm,熒光壽命τr為460~1030us。
    3、氟化鋁玻璃   含AlF3的二組分、三組分和多組分均可形成玻璃,如AlF3-PbF2、AlF3-BaF2、AlF3-CaF2、AlF3-CaF2-BaF2、AlF3-PbF2-MgF2-SrF2、AlF3-BaF2-YF3-ThF4、AlF3-PbF2-MgF2-SrF2、AlF3-YF3-BaF2-ThF4-LiF等,氟氯酸鹽玻璃的折射率nD為1.42~1.44,非線性折射率n2為0.47*10-13esu,阿貝數為95,透過波長范圍(透過率>50%)為230~5200nm,最低衰減在2.5~3.0um之間。AlF3-BaF2-CaF2-YF3系統可作紅外光纖玻璃,玻璃轉變溫度為430℃,比氟鋯酸鹽玻璃高,析晶性能與氟鋯酸鹽玻璃相類似,但因析晶造成的散射使光纖損耗增加。
    4、氧化鉿玻璃   用HfF4代ZrF4也可形成玻璃,如HfF4-BaF2、HfF4-PbF2、HfF4-ThF4、HfF4-BaF2-LaF3、HfF4-BaF2-ThF4、HfF4-BaF2-UF4等系統成分。氟鉿酸鹽玻璃折射率nD為1.52,阿貝數84,透過波長范圍(透過率>50%)350~7500nm,最低衰減波長為4.6um,由此可見,氟鉿酸鹽玻璃的透過宏偉i波長可達7.5um,最低衰減波長也比其他氟化物要紅移。
    5、氟化鋇玻璃   BaF2單獨不能形成玻璃,加入其他氟化物后可以形成玻璃,如BaF2-CdF2、BaF2-CdF2-ZnF2、BaF2-InF3-YF3等,氟鋇酸鹽玻璃的折射率nD為1.48~1.54,如含較多的PbF2時,nD可達1.665,非線性折射率n2為0.9*10-13esu,阿貝數68~80,透過波長范圍(透過率>50%)1.25~7um,最低衰減波長3.0~4.0um。
    除了以上5種氟化物玻璃以外,還有ScF3、InF3、GdF3、YF3等3價氟化物形成的多元氟化物玻璃。由于氟化物玻璃為超低光損耗材料,本征損耗為0.01dB/km,比石英玻璃低10倍。氟化物玻璃具有較長的紅外截止波長,較好的穩定性,又易于摻入稀土激活離子,因此成為較好的激光玻璃材料、上轉換發光材料等。

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