锗酸盐玻璃辐致暗化效应及抗辐照性能研究

发布时间：2017-10-31 01:28

  本文关键词：锗酸盐玻璃辐致暗化效应及抗辐照性能研究

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【摘要】：锗酸盐玻璃是一种非常重要的中红外传输和中红外光纤激光器的基质材料,特别是钡镓锗酸盐(BGG)玻璃因其具有低的声子能量、高的稀土离子溶解度、高的抗激光损伤阂值及优良的物化和机械性能,而成为2.0μm波段光纤激光器一种优异的玻璃基质材料。但是当由此材料制备的光纤激光器应用于高能射线辐照环境中时,如空间应用时,伽马射线辐照会导致锗酸盐光纤出现光暗化效应,降低光纤的传输性能以及影响激光器件的稳定性和使用寿命。目前,关于光暗化效应的研究主要集中于硅酸盐以及磷酸盐基质玻璃光纤,而对于锗酸盐玻璃和光纤的暗化效应研究很少,伽马射线辐照导致的光暗化机制还有待澄清。本研究以课题组研制的用于2.0μm波段光纤激光器的高掺Tm3+BGG玻璃为研究对象,研究了不同剂量伽马射线辐照对钡镓锗酸盐玻璃暗化的影响规律以及BGG玻璃辐致暗化机制,探索了F、Cl、Br等卤素和Nb5+金属离子对BGG玻璃抗辐照性能的影响,研究内容和主要研究成果如下：(1)结合吸收光谱,探究了伽马射线不同辐照累积剂量对BGG玻璃辐致暗化的影响。研究表明BGG玻璃的辐致损耗位于260 nm-800 nm波段,且当累积剂量不超过100KGy时,辐致损耗随着累积剂量的增加而增加；同时辐照累积剂量大于等于50KGy时,辐致损耗随累积剂量的增加变化较小。(2)采用透射光谱、EPR图谱和热释光谱综合分析了BGG玻璃辐致暗化来源。研究发现BGG玻璃辐致损耗的形成主要由于在辐照过程中在BGG玻璃结构中形成了Ge-NBOHC和GEC两种顺磁缺陷；同时得到了两种缺陷对应的光学吸收带,吸收峰分别位于375 nm和315 nm。(3)提出了可以通过掺杂卤素(F、Cl、Br)增强BGG玻璃抗辐照性能。发现掺杂F、Cl和Br均可以减弱甚至消除BGG玻璃可见区域的辐致暗化,并且使BGG玻璃紫外吸收边红移。实验获得了F、Cl和Br最佳掺杂浓度分别为3%、1%、3%。(4)通过在BGG玻璃中掺杂Nb205,研究了可变价Nb5+离子对BGG玻璃抗辐照性能的影响规律。发现掺杂样品在辐照过程中由于存在Nb3+(?)Nb5+相互转化,抑制了GEC和Ge-NBOHC两种缺陷的形成,从而抑制BGG玻璃的辐致暗化效应,实现了增强BGG玻璃的抗辐照性能。实验研究获得了抑制BGG玻璃暗化效应的Nb205最佳掺杂浓度为1.0%。
【关键词】：辐致暗化 锗酸盐玻璃 抗辐照性能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 引言12
• 1.2 辐射源类型和伽马射线与物质相互作用原理12-17
• 1.2.1 辐射源类型12-14
• 1.2.2 伽马射线与物质相互作用原理14-17
• 1.3 辐照效应的研究方法17-18
• 1.4 锗相关缺陷结构模型18-22
• 1.4.1 非顺磁性缺陷18-20
• 1.4.2 顺磁性缺陷20-22
• 1.5 玻璃和光纤暗化效应国内外研究进展22-28
• 1.5.1 玻璃和光纤暗化机理22
• 1.5.2 辐致暗化国内外研究进展22-25
• 1.5.3 光致暗化国内外研究进展25-28
• 1.6 本课题研究目的与内容28-29
• 1.6.1 研究目的28
• 1.6.2 研究内容28-29
• 1.7 本课题研究项目来源29-30
• 第二章 实验及性能表征30-35
• 2.1 实验原料30
• 2.2 玻璃制备30-31
• 2.3 玻璃辐照实验31-32
• 2.3.1 辐照实验中的相关术语31
• 2.3.2 辐照实验设计31-32
• 2.4 玻璃性能测试和结构表征32-34
• 2.4.1 吸收光谱和透射光谱测试32
• 2.4.2 电子顺磁共振谱(EPR)测试32-33
• 2.4.3 热释光谱(Thermoluminescence TL)测试33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 伽马射线诱导锗酸盐玻璃暗化效应研究35-47
• 3.1 γ射线辐射累积剂量的影响35-37
• 3.1.1 玻璃样品制备35-36
• 3.1.2 实验结果与讨论36-37
• 3.2 γ射线辐照BGG玻璃辐致暗化研究37-45
• 3.2.1 实验方案设计37-38
• 3.2.2 实验结果与讨论38-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第四章 卤素掺杂对锗酸盐玻璃抗辐照性能的影响47-65
• 4.1 玻璃样品的制备47-48
• 4.2 实验结果与讨论48-63
• 4.2.1 外掺F对BGG玻璃抗辐照性能的影响48-54
• 4.2.2 外掺Cl对BGG玻璃抗辐照性能的影响54-58
• 4.2.3 外掺Br对BGG玻璃抗辐照性能的影响58-62
• 4.2.4 外掺F/Cl/Br的BGG玻璃抗辐照性能的对比62-63
• 4.3 本章小结63-65
• 第五章 Nb~(5+)掺杂对锗酸盐玻璃抗辐照性能的影响65-72
• 5.1 玻璃样品的制备65-66
• 5.2 实验结果与讨论66-71
• 5.2.1 掺杂Nb~(5+)的锗酸盐玻璃的吸收光谱测试66-69
• 5.2.2 掺杂Nb~(5+)的锗酸盐玻璃的EPR测试69-70
• 5.2.3 掺杂Nb~(5+)的锗酸盐玻璃抗辐照性能机理分析70-71
• 5.3 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-84
• 攻读硕士学位论文期间取得的研究成果84-86
• 致谢86-87
• 附件87

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本文编号：1120227