新型TeO2-ZnO-La2O3-WO3碲酸盐玻璃：可见光至中红外声光材料的突破性进展

为解决传统声光(AO)材料如石英玻璃(低AO品质因数M2=1.56×10-15 s3/kg)和As2S3玻璃(高声衰减7.266 dB/cm@10 MHz)的性能瓶颈，研究人员开发了70TeO2-15ZnO-6.5La2O3-8.5WO3(TZLW)碲酸盐玻璃。该材料在可见至中红外波段(0.40-5.4 μm)展现出创纪录的M2=37.2×10-15 s3/kg@1550 nm，声衰减仅3.31 dB/cm@100 MHz，激光损伤阈值(LIDT)达0.572 J/cm2(800 nm)，为高性能声光器件设计提供新选择。

　　

在激光调制和光通信领域，声光(AO)材料如同"光学指挥棒"，其性能直接决定器件效率。当前主流材料陷入两难困境：石英玻璃虽易加工但AO品质因数(M₂)低下，而砷硫化玻璃(As₂S₃)虽M₂较高却面临声衰减严重(7.266 dB/cm@10 MHz)和激光损伤阈值(LIDT)不足的缺陷。更棘手的是，晶体材料虽性能优异却难以规模化生产。这种"性能-工艺不可兼得"的困局，严重制约着高精度光学系统的发展。

宁波大学的研究团队另辟蹊径，将目光投向碲酸盐玻璃体系。通过精准调控TeO₂-ZnO-La₂O₃-WO₃四元组分，采用熔融淬火法成功制备出直径达50 mm的TZLW玻璃。这项发表于《Optical Materials》的研究，首次将界面反射校正法应用于AO玻璃声衰减测量，创下该体系多项性能纪录。

研究团队运用四大关键技术：熔融淬火法制备大尺寸玻璃(850°C/3h)、相位偏移干涉术检测光学均匀性(Δn=5.941×10^-4)、飞秒激光LIDT测试(800nm/130fs)、以及创新的声衰减校正方法(将实测值从3.94修正至3.31 dB/cm@100 MHz)。拉曼光谱解析了微观结构与宏观性能的关联机制。

【光学性能】
透过率测试显示TZLW玻璃在0.40-5.4 μm波段具有优异透光性，3.4 μm处羟基吸收仅0.2 cm^-1。折射率达2.037@1550 nm，热光系数14.3×10^-6 °C^-1，优于对比组所有碲酸盐玻璃。

【热机械性能】
差示扫描量热法测得玻璃转化温度(T_g)达389°C，维氏硬度390.3 kg/mm²，热膨胀系数12.45×10^-6/°C，表明其具备良好的热稳定性和机械强度。

【AO性能】
最突破性的成果在于M₂值：1550 nm波长下达37.2×10^-15 s³/kg，是石英玻璃的24倍，刷新碲酸盐玻璃纪录。声速测量显示纵波速度3480 m/s，横波速度2015 m/s，各向异性因子0.03证实其近乎完美的光学各向同性。

【LIDT性能】
飞秒激光测试中，TZLW的LIDT(0.572 J/cm²)达到As₂S₃的4倍，这种抗损伤能力源于La₂O₃对玻璃网络的强化作用。

该研究通过组分创新和测量方法革新，实现了AO材料"高效-低损-高稳定"的协同提升。特别值得注意的是，界面反射校正法的引入使声衰减测量精度获得质的飞跃，为行业树立新标准。TZLW玻璃在C波段放大器、中红外调制器等场景展现巨大应用潜力，其大尺寸制备工艺(50 mm)更凸显工程化价值。这项研究不仅提供了性能优异的材料解决方案，更开创了AO玻璃性能评价的新范式。