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氟化物玻璃的种类

作者:奥固鸿已有:N多人关注
氟化物 玻璃最早研究的为BeF2玻璃成分,因其有毒且易潮解,影响其实际应用,自从研制成ZrF4系统玻璃以来,发现氟 化物系统光透过范围宽,从紫外到红外,特别是 用氟化物制成玻璃纤维,在2.6um红外波段损耗很低,推动了 氟化物玻璃研究的进展。
1、氟化锆玻璃   以ZrF4为玻璃形成物组成的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,透过窗口宽,从230~8000nm,Tg比较低,在240~455℃之间。
四元系统如ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3(简称ZBLA)、ZrF4-BaF2-LaF3-LiF(简称ZBLLi)、ZrF4-BaF2-GdF3-AlF3(简称ZBGdA)、ZrF4-BaF2-LaF3-ZnF2(简称ZBLZn)、ZrF4-LaF3-AlF3-PbF2(简称ZLaAPb)、多元系统如ZrF4-BaF2-LaF3-LiF-AlF3-AlF3-PbF2、ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF等成分,用于制备光纤,除了在 红外波段损耗低外,还要求 玻璃形成范围广,拉制成形时不析晶,玻璃均匀性好,如玻璃不均匀,也会导 致光纤损耗增加。ZrF4-AlF3-LaF3-BaF2-NaF系统也可用作掺Nd3+的激光 玻璃的基础成分。
2、氟化铍玻璃  BeF2玻璃折射率很低,nDwei 1.275~1.33,相当于水的折射率,甚至比水还低,而阿贝数极高,Vd为95~106,透过波段为150~5000nm,从紫外一直到红外,这样就 形成高折射率低色散的光学玻璃,但其硬度低,化学稳定性差,如用作 光学镜头需要特殊保护措施。
在BeF2中加入1价、2价或3价氟化物,形成BeF2-NaF、BeF2-KF、BeF2-MgF2、BeF2-CaF2、BeF2-AlF3、BeF2-LaF3、BeF2-ThF4等系统。加入高价氟化物后如BeF2-AlF3、BeF2-LaF3、BeF2-ThF4成分,其性质有所改善。多元系统如BeF2-AlF3-MgF2-BaF2、BeF2-AlF3-MgF2-PbF2、BeF2-UF4-MnF2-FeF3等成分,有的还 不具有应用价值。BeF2-AlF3-KF-CaF2系统可 作钕离子激光玻璃的基础玻璃成分,受激发射截面σ为(1.6~4.0)*10-20cm2,发光波长Δeff为19~28nm,荧光寿命τr为460~1030us。
3、氟化铝玻璃   含AlF3的二组分、三组分 和多组分均可形成玻璃,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 盐玻璃的折射率nD为1.42~1.44,非线性折射率n2为0.47*10-13esu,阿贝数为95,透过波长范围(透过率>50%)为230~5200nm,最低衰减在2.5~3.0um之间。AlF3-BaF2-CaF2-YF3系统可 作红外光纤玻璃,玻璃转变温度为430℃,比氟锆酸盐玻璃高,析晶性 能与氟锆酸盐玻璃相类似,但因析 晶造成的散射使光纤损耗增加。
4、氧化铪玻璃   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等系统成分。氟铪酸盐玻璃折射率nD为1.52,阿贝数84,透过波长范围(透过率>50%)350~7500nm,最低衰减波长为4.6um,由此可见,氟铪酸 盐玻璃的透过宏伟i波长可达7.5um,最低衰 减波长也比其他氟化物要红移。
5、氟化钡玻璃   BaF2单独不能形成玻璃,加入其 他氟化物后可以形成玻璃,如BaF2-CdF2、BaF2-CdF2-ZnF2、BaF2-InF3-YF3等,氟钡酸 盐玻璃的折射率nD为1.48~1.54,如含较多的PbF2时,nD可达1.665,非线性折射率n2为0.9*10-13esu,阿贝数68~80,透过波长范围(透过率>50%)1.25~7um,最低衰减波长3.0~4.0um。
除了以上5种氟化物玻璃以外,还有ScF3、InF3、GdF3、YF3等3价氟化 物形成的多元氟化物玻璃。由于氟 化物玻璃为超低光损耗材料,本征损耗为0.01dB/km,比石英玻璃低10倍。氟化物 玻璃具有较长的红外截止波长,较好的稳定性,又易于 掺入稀土激活离子,因此成 为较好的激光玻璃材料、上转换发光材料等。

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