碲酸盐系统重金属氧化物玻璃是一种新型非线性光学玻璃材料，具有低熔融温度、良好化 学稳定性、高折射率、高介电性能以及优良的透红外性能等特点，其三阶非线性光学性能明显优 于硅酸盐、硼酸盐等系统玻璃材料，在超高速全光开关、上转换激光材料、新型光纤材料、光纤 放大器等领域有着广泛的应用前景。但迄今为止开发的一些碲酸盐系统玻璃材料在三阶非线性光 学性能等方面的性能指标尚不能满足实际应用的需求，碲酸盐系统玻璃的组成、结构研究对性能 设计的指导作用也不明显。为此，本研究立足于Te02-Nb205重金属氧化物玻璃系统，通过玻璃 材料的组成、结构和性能研究寻求具有更佳三阶非线性光学性能和综合品质的新型碲酸盐系统非 线性光学玻璃材料。具体的研究内容包括铌碲酸盐系统玻璃网络结构研究、铌碲酸盐系统玻璃性 能研究及应用等方面。 在铌碲酸盐系统玻璃网络结构研究中，主要探讨了Te02-Nb205二元系统玻璃的制备和网络 结构、三元铌碲酸盐系统玻璃的网络结构及其对性能的影响。 在Te02-Nb205二元系统玻璃结构研究中,探讨了坡璃网络中各结构单元自由度数、铌氧配 位多面体对玻璃网络稳定性的贡献、以及Nb5+对碲氧链的连接作用。利用Te02-Nb205系统玻璃 在不同条件下的析晶产物推测了玻璃网络结构的组成和第二元氧化物引入后网络结构的演变过 程，并对玻璃的一些相关性能进行了合理解释。 在三元铌碲酸盐系统玻璃中，分别探讨了碱金属离子、碱土金属离子、过渡金属离子、一 些传统网络形成离子和中间离子对TeO2-Nb205系统玻璃网络结构和性能的影响。结果发现，在 铌碲酸盐玻璃中适量引入碱金属和碱土金属离子，会降低碲氧结构单元的配位数和桥氧数，迫使 部分Nb5+进入网络间隙以连接碲氧链;Pb2+、Si4+、Ti4+、W6+、Mo6+等离子也能不同程度地与碲 氧链争夺O2-，并增加玻璃网络中[Te04]双三角锥体的相对含量;而B3+、Al3+等离子则在进入网 络骨架的同时仍提供部分02-以促使[Te03]三角锥体相对含量的增加。碲氧结构单元中配位数和 桥氧数的变化、以及Nb5+对碲氧链的连接程度变化都会影响玻璃网络的稳定性。通过玻璃网络 结构的研究筛选出具有较强玻璃形成能力的Te02-Nb2O5-ZnO三元系统玻璃。 在铌碲酸盐系统玻璃性能研究中，主要包括铌碲酸盐玻璃的常规理化性能、线性和非线性光 学性能研究、通过稀土离子掺杂提高铌碲酸盐的非线性光学性能、以及纳米品掺杂铌碲酸盐玻璃 材料的制备探索等。 在铌碲酸盐系统玻璃的密度、化学稳定性、结构稳定性、热膨胀性等理化性能研究中，发现 Nb5+对玻璃网络空隙的填充有利于玻璃密度和结构稳定性的提高，而第三元氧化物的密度及其对 Te4+配位数的作用会使玻璃密度产生不同程度的变化。铌碲酸盐玻璃的耐酸侵蚀能力优于耐碱侵 蚀能力，在TeO2-Nb2O5系统玻璃中引入B3+、Si4+、Ti4+、W6+、Li+、Zn2+等离子有利于提高玻璃 的耐酸侵蚀能力，接近于普通平板玻璃水平。 在光学性能研究中，发现铌碲酸盐系统玻璃在410-5500nm的范围内均具有良好的光学透过 性能,其紫外截止波长随玻璃网络中[Te04]双三角锥体相对含量的增加而红移。铌碲酸盐系统玻 璃在532nm处的折射率范围为2.14～2.23。 铌碲酸盐系统玻璃是一种优质的非线性光学玻璃材料，玻璃网络中的[TEO4]双三角锥体对三 阶光学非线性的提高起主要贡献，而高极化率的铌氧基团的存在也有益于光学非线性的提高。 Te02-Nb205系统玻璃在532nm激光的泵浦下，[Te04]相对含量减少与Nb5+含量增加两个因素同 时作用,导致玻璃的三阶非线性光学性能出现先增后减的现象。而在800nm激光的泵浦下，[Te04] 相对含量的减少则起主导作用。 在Te02-Nb205-ZnO系统玻璃中，Zn2+利用增强Nb-O键来提高[TeO4]双三角锥体的极化率、 以及利用自身4d0轨道对光学非线性的贡献来弥补[Te04]相对含量的减少，因而在ZnO含量为 2.5mo1％左右时获得最佳三阶非线性光学性能，利用前向简并四波混频法(DFWM)测得的三阶 非线性极化率x(3)值达1.07×10-12esu,非线性折射率n2为1.84× 10-11esu,非线性光学响应时间 在550～620fs。而在飞秒激光的泵浦下，ZnO的引入甚至能引发五阶非线性光学效应。 TeO2-Nb205-ZnO系统玻璃同时也展现出良好的光学双稳态效应。随着ZnO含量的增加，光学双 稳态效应愈加明显。 稀土离子对Te02-Nb205-ZnO系统玻璃三阶光学非线性的贡献主要来自于其独特的4f电子结 构。在Te02-Nb205-ZnO系统玻璃中掺入Ce4+、Ho3+、Y3+等离子，可以获得优异的三阶非线性光 学性能，三阶非线性极化率x(3)最高达4.7×10-12esu，高于PbO-Bi2O3-Ga2O3系统玻璃(EO玻璃) 16.9倍，非线性光学响应时间483～606fs。同时，Er3+掺杂的Te02-Nb205-ZnO系统玻璃表现出优 良的上转换发光性能,随着Er3+含量的增加，玻璃的上转换荧光强度明显提高，而ZnO的引入 既能提升玻璃的网络结构稳定性和化学稳定性，又能大幅提升绿光的发射强度，综合品质优良． 在纳米晶掺杂Te02-Nb205系统玻璃探索研究中,主要推导了辅助静电场对玻璃核化与析晶 过程的影响，探讨了利用辅助电场的“开关”作用精确而快速控制纳米晶体的析出的可能性。并 利用辅助电场对AgCl掺杂TeO2-Nb2O5系统玻璃核化、析晶过程的促进作用,成功地在玻璃中析 出了尺寸在50nm左右的纳米晶体，并利用辅助电场的局部加载实现了纳米晶体在同一块玻璃片 上不同位置的不同分布。 关键词：碲酸盐玻璃、非线性光学性能、Nb205、稀土离子、纳米晶