银离子替代钠离子对铒掺杂碲酸盐玻璃光学及光谱特性的影响研究

本研究针对Er3+掺杂碲酸盐玻璃在离子交换过程中化学稳定性不足的问题，系统探究了Ag2O替代Na2O对玻璃热稳定性、折射率及光谱性能的影响。通过熔融淬冷法制备TeO2-ZnO-Na2O/Ag2O体系玻璃，结合DTA、拉曼光谱等技术发现80TeO2-10ZnO-10Na2O组分具有最佳熔盐耐受性，为光波导制备提供了优化方案。

　　

在光通信与集成光学领域，Er³⁺掺杂碲酸盐玻璃因其1.5 μm通信窗口的宽发射带成为关键材料。然而传统TeO₂-ZnO-Na₂O体系玻璃在Ag⁺-Na⁺离子交换工艺中面临化学腐蚀和结晶化风险，制约着高性能光波导器件的开发。芬兰坦佩雷大学（Tampere University）光子学实验室的研究团队通过精准调控玻璃组分，揭示了银离子替代对材料性能的深层影响机制。

研究采用差热分析（DTA）、棱镜耦合折射率测试、显微拉曼光谱等技术，系统表征了不同TeO₂含量（70-80 mol%）和Ag₂O替代比例（0-10 mol%）玻璃的性能差异。通过模拟实际工艺条件，将样品浸入AgNO₃-KNO₃-NaNO₃熔盐浴进行化学稳定性测试，结合扫描电镜-能谱联用（SEM-EDS）和X射线衍射（XRD）分析表面改性层。

热学与结构特性

DTA数据显示Ag₂O替代使玻璃转变温度（T_g）降低8-14°C，但显著提高结晶起始温度（T_x），使热稳定窗口ΔT扩大至93-108°C。拉曼光谱证实该现象源于银离子引发的网络解聚效应，表现为745 cm^-1处TeO₃/TeO₃₊₁单元特征峰增强。

光学性能调控

折射率测试显示80TeO₂组分玻璃在1533 nm处折射率达2.15，Ag₂O替代使其进一步升高0.03，这归因于Ag⁺的极化率（1.7-2.2 ?³）显著高于Na⁺（0.18 ?³）。但上转换发光强度因Er³⁺离子间距增大而降低，980 nm激发下的绿光（549 nm）和红光（668 nm）发射强度减弱40%。

熔盐反应机制

在1AgNO₃-40KNO₃-59NaNO₃熔盐中，80TeO₂玻璃表现出最优化学稳定性，表面仅形成2 μm厚的Ag扩散层。而高AgNO₃浓度（15 mol%）会导致TeO₂选择性溶蚀和Er³⁺表面富集，XRD检测到Na₂Te₄O₉和Er₂Te₅O₁₃结晶相。

该研究不仅阐明了Ag⁺对碲酸盐玻璃网络结构的修饰机制，更通过组分优化获得了兼具高折射率（Δn>0.03）和熔盐耐受性的80TeO₂-10ZnO-10Na₂O基础玻璃，为低损耗光波导的离子交换工艺提供了关键材料设计准则。相关成果发表于《Journal of Non-Crystalline Solids》，对推动通信波段有源光子器件的发展具有重要指导意义。