硫掺杂GeSe2-Ga2Se3-CsCl多光谱玻璃的光学与机械性能研究：硫替代对红外传输与折射率的调控机制

本文聚焦硫掺杂GeSe2-Ga2Se3-CsCl多光谱玻璃体系，通过对比70GeSe2–20Ga2Se3–10CsCl与70GeSe2–20Ga2S3–10CsCl的物理性能，揭示了硫（S）替代硒（Se）对玻璃网络结构的影响：硫掺杂虽对短波长截止边影响微弱，但显著改变长波红外（LWIR）多声子边，并降低短中波红外（SWIR/MWIR）折射率（1.5μm处从2.29降至2.16）。研究为设计宽谱段（500nm-16μm）红外光学器件（如波导、传感器）提供了关键材料学依据。

　　

Highlight

硫掺杂显著降低玻璃熔融温度并提升均质性，70GeSe₂–20Ga₂S₃–10CsCl的差示扫描量热（DSC）数据显示其玻璃化转变温度（T_g）比硒基玻璃低约50°C，表明硫引入可优化制备工艺。

Physical properties

通过拉曼光谱与硬度测试发现，Ga₂S₃替代导致玻璃密度从4.45降至4.12 g/cm³，但维氏硬度从1.85 GPa提升至2.20 GPa。硫的加入促使[GaS₄]四面体单元形成，相较于[GaSe₄]单元具有更高键能，从而增强机械稳定性。

Conclusions

硫掺杂在保持玻璃宽红外透射（至16μm）的同时，实现折射率与阿贝数的精准调控，为下一代红外光子器件（如LWIR透镜、MWIR光纤）开发奠定基础。CsCl的引入通过局域孤对电子拓展了可见光区带隙，凸显该体系在可见-红外全谱段应用的独特优势。

（注：翻译部分已按生命科学领域专业表达处理，省略文献引用标识及图表标注）