锗玻璃性质

锗的性质及其化合物锗的物理性质锗的物理性质锗是银白色晶体(粉末状呈暗蓝色)，熔点937.4℃，沸点2830℃，密度5.35g/cm³，莫氏硬度6.0～6.5，室温下，晶态锗性脆，可塑性很小。

锗具有半导体性质，在高纯锗中掺入三价元素(如铟、镓、硼)、得到P型锗半导体；掺入五价元素(如锑、砷、磷)，得到N型锗半导体。

化合价为+2和+4。

第一电离能7.899电子伏特。

锗有着良好的半导体性质，如高电子迁移率和高空穴迁移率等。

晶体结构：晶胞为面心立方晶胞，每个晶胞含有四个金属原子。

据X射线研究证明，锗晶体里的原子排列与金刚石差不多。

结构决定性能，所以锗与金刚石一样硬而且脆。

锗的化学性质锗的化学性质锗化学性质稳定，不溶于水、盐酸、稀苛性碱溶液。

在常温下不与空气或水蒸气作用，但在600～700℃时，与氧气反应能很快生成二氧化锗。

在加热情况下，锗能在氧气、氯气和溴蒸气中燃烧。

锗与盐酸、稀硫酸不起作用，但浓硫酸在加热时，锗会缓慢溶解。

在硝酸、王水中，锗易溶解。

碱溶液与锗的作用很弱，但熔融的碱在空气中，能使锗迅速溶解。

锗易溶于熔融的氢氧化钠或氢氧化钾，生成锗酸钠或锗酸钾。

在过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂存在下，锗能溶解在碱性溶液中，生成锗酸盐。

锗的氧化态为＋2和＋4。

锗与碳不起作用，所以在石墨坩埚中熔化，不会被碳所污染。

锗的化合物锗的化合物锗与氧、卤素、酸、碱等物质反应都能生成化合物。

锗有两种氧化物：二氧化锗(GeO2)和一氧化锗(GeO)。

锗共有四种已知的四卤化物：四碘化锗(GeI4)为固体，四氟化锗(GeF4)为气体，其余两种为挥发性液体。

锗还能与氧族元素生成二元化合物，例如二硫化物、二硒化物(GeSe2)、一硫化物(GeS)、一硒化物(GeSe)及碲化物(GeTe)。

甲锗烷（GeH4）是一种结构与甲烷相近的化合物。

有机锗化合物(organogermanium compound)：四氯化锗与二乙基锌反应生成四乙基锗（Ge(C2H5)4）R4Ge型（其中R为烃基）的有机锗烷，如四甲基锗（Ge(CH3)4）及四乙基锗，是由锗前驱物四氯化锗及甲基亲核剂反应而成。

文章编号:025827025(2005)0320365205Yb 3+掺杂锌锗碲酸盐玻璃的热分析、光谱和激光性质汪国年,戴世勋,张军杰,胡丽丽,姜中宏(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)摘要　设计了组成为0.70TeO 22(0.20-x )ZnO 2x G eO 220.05La 2O 320.025K 2O 20.025Na 2O 20.01Yb 2O 3(摩尔分数x=0,0105,0110,0115和0120)的碲酸盐激光玻璃,测试了热学性质、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命.计算了Yb 3+离子的吸收截面、受激发射截面、荧光有效线宽等参数.结果表明,组成为0.70TeO 220.20G eO 220.05La 2O 3201025K 2O 20.1025Na 2O 的玻璃具有优于著名的碲锌钠(TZN )玻璃的热稳定性,高的受激发射截面(1123pm 2),长的荧光寿命(0192ms )和宽的荧光有效线宽(77nm ).通过激光性能评价,最小抽运强度为0198kW/cm 2,表明掺Yb 3+组份的碲酸盐玻璃是实现高能短脉冲可调谐激光器的理想增益介质.关键词　材料;碲酸盐玻璃;光谱性质;经典方程;Yb 3+离子中图分类号　TQ 171.73+5 文献标识码　AThermal ,Spectra and Laser Properties of Yb ∶Zinc 2G ermanium 2T elluriteG lasses for LaserWAN G Guo 2nian ,DA I Shi 2xun ,ZHAN G J un 2jie ,HU Li 2li ,J IAN G Zhong 2hong(S hanghai I nstitute of O ptics and Fine Mechanics ,T he Chinese A cadem y of S ciences ,S hanghai 201800,China )Abstract A series of new multi 2component glasses of 0.70TeO 22(0.20-x )ZnO 2x G eO 220.05La 2O 3201025K 2O 201025Na 2O 20.01Yb 2O 3(mole fraction x =0,0105,0110,0115,0120)were presented.Thermal stability of the system ,spectra and laser properties of Yb 3+ions were measured.The result shows that the composition glass of x =0120has good thermal stability ,large stimulated emission cross 2section of 1.23pm 2for the2F 5/2→2F 7/2transition ,longer fluorescence lifetime of 0192ms ,broad fluorescence effective linewidth of 77nm and minimize pump intensity of 0198kW/cm 2.Evaluated f rom the good potential laser parameters ,it is desirable for high 2average power and short pulse tunable laser.K ey w ords materials ;tellurite glass ;spectroscopic property ;empirical equation ;Yb 3+ions 收稿日期:2003212223;收到修改稿日期:2004208217 基金项目:国家自然科学基金(60207006)和上海青年科技启明星项目(04QMX1448)资助项目. 作者简介:汪国年(1975—),男,中国科学院上海光学精密机械研究所博士研究生,主要从事稀土掺杂玻璃材料方面的研究.E 2mail :wangwgn2942@1　引　言 Yb 3+离子由于具有能级结构简单、储能效率高、荧光寿命长、增益带宽宽以及在970nm 附近与固体二极管激光器抽运波长(900～1100nm )耦合效果好等特点,在半导体激光器抽运的激光装置上具有广阔的应用前景[1].作为Yb 3+掺杂的基质材料,传统熔石英和硅酸盐玻璃等基质由于其较低的掺杂浓度和较窄的增益带宽,已不能满足宽带调谐高能激光器及放大器的要求.碲酸盐玻璃具有较宽的红外透过范围、较低的声子能量、较高的稀土离子掺杂浓度等特性,近年来成为研究的热点[2～4].特别是碲酸盐玻璃所具有的较大发射截面和较宽的荧光线宽是激光器和放大器的理想基质材料;但由于碲酸盐独特的三角双锥结构,热稳定性和化学稳定性还不太理想[5].目前对Yb 3+掺杂碲酸盐玻璃的研究第32卷　第3期2005年3月中　国　激　光C H IN ESE J OU RNAL O F L ASERSVol.32,No.3March ,2005相对较少,主要集中在二元和三元体系[6,7];其中,碲锌钠玻璃(简称TZN,0.75TeO220.20ZnO20.05 Na2O摩尔分数)因热学和化学性质稳定、稀土离子溶解度高而被视为下一代玻璃激光器和放大器的理想基质[3],但对该体系掺Yb3+离子的光谱性质的研究尚少见报道.以碲锌钠玻璃为基础,调整组成为0.70TeO22 (0.20-x)ZnO2x GeO220.05La2O3201025K2O2 01025Na2O20.01Yb2O3(摩尔分数x=0,0105, 0110,0115和0120分别记为TZG1～5).通过Yb3+离子掺杂对该系列玻璃的热学、光谱和激光参数进行了分析,评价了该多元碲酸盐玻璃作为新一代激光基质材料的可行性.2　实验及测试 所用原料均为分析纯原料,其中Yb2O3纯度> 99199%.精确称取原料约30g混合均匀后倒入铂金坩埚中于750～900℃左右的硅碳棒电炉中熔化30～35min,中间通氧气排水,搅拌澄清后,浇注在铁模上,移入预热到一定温度(T g以上30℃左右)的马弗炉中退火至室温.退火后的玻璃加工成10 mm×20mm×1mm两大面抛光试样,用排水法测比重;V棱镜法测试玻璃折射率;CR Y22型差热分析仪(D TA)测试试样的转变温度(T g)和初始析晶温度(T x),升温速度为10℃/min;Perkin Elmer Lambda900光谱仪测试870～1100nm处的吸收光谱;功率为500mW,输出波长为940nm的半导体激光器作为激发源测试试样的荧光光谱.以上测试均在室温下进行.3　结果与讨论3.1　物理性质玻璃的密度和折射率的测定结果如图1所示,随着GeO2逐渐替代ZnO,玻璃的密度从51387 g/cm3呈线性增加到51430g/cm3,折射率由11989增加到21058.当GeO2逐渐取代ZnO时,由于GeO2的分子量大于ZnO,随着GeO2含量从0增加到0120摩尔分数,单位体积玻璃的平均分子量增加,玻璃的密度增加;同时玻璃的分子折射度R增加,因此折射率也相应增加.表1给出了玻璃的转变温度T g,初始析晶温度T x,转变温度和初始析晶温度之差ΔT(T x-T g)三个温度参数.在TZG玻璃系列中,随着GeO2含量的逐渐增多,T g依次上升,说明玻璃网络结构增强;当GeO2的摩尔分数从0～0120时,差热分析仪曲线上没有显示出初始结晶温度T x,表明玻璃热学性质非常稳定.ΔT通常作为评价玻璃的形成能力或稳定性的参数.激光玻璃预制棒和光纤拉制是一个再加热的过程,在拉制过程中若出现析晶则会增加光纤的散射损耗从而降低光学性能.ΔT越大则光纤拉制的工作范围越大,析晶的倾向就越小,所以玻璃基质的ΔT越大越好[8].一般来说,ΔT>100℃时拉制的光纤不易析晶.在TZG体系玻璃中,T x一直没有出现,说明本体系玻璃的热稳定性好于著名的碲锌钠玻璃[9](ΔT=118℃),非常适合光纤的拉制.图1TZG体系中不同G eO2含量的折射率和密度Fig.1Ref ractive index and density in different G eO2content of TZG system glasses表1不同G eO2含量对应的TZG玻璃的热学参数T able1T g,T x andΔT in different G eO2contentTZG glassesxρ/(g/cm3)n dT g/℃T x/℃T x-T g/℃0 5.387 1.989335-∞0.05 5.397 2.018340-∞0.10 5.405 2.036346-∞0.15 5.415 2.046354-∞0.20 5.430 2.058366-∞3.2　光谱性质3.2.1　Yb3+离子的吸收特性Yb3+离子2F7/2→2F5/2跃迁的吸收截面可计算为[10]σabs=2.303log(I0/I)N L,(1)其中N为稀土离子浓度(ions/cm3),L为试样厚度(mm),log(I0/I)为样品的吸收光密度.图2给出663中 国 激 光 32卷　图2不同G eO 2含量的TZG 系列试样的吸收光谱图Fig.2Absorption spectra of Yb 3+2dopedTZG system glasses了当x =0,0105,0110,0115和0120摩尔分数时样品的吸收截面.各种组份吸收截面形状基本相似,说明GeO 2含量的改变对Yb 3+离子在2F 7/2→2F 5/2跃迁的吸收截面影响不大;但随着GeO 2含量的逐渐增加,吸收截面峰值由1149p m 2增加到1162p m 2.Yb3+离子的电子构型为4f 13,它仅有两个能级状态,上能级2F 5/2和下能级2F 7/2.Yb 3+玻璃的光谱特性由下能级2F 7/2的四个子能级和上能级2F 5/2的三个子能级之间的迁移决定.Yb 3+离子的吸收强度受其近邻配位场的影响,配位场越不均匀,吸收强度越大[11].根据文献[12]:在二元TeO 22ZnO 体系玻璃中,ZnO 作为网络修饰剂存在.随着ZnO 含量的增加,T e 原子的配位状态从T eO 4双三角锥配位经由T eO 3+1多面体配位转变到T eO 3三角锥体配位;体系中存在T e -O -T e 桥氧和T e -O -Zn ,Zn -O -ZnO 非桥氧结构[12].由于G eO 2是性质优良的玻璃形成剂[10],可以推测,在T eO 22G eO 2体系中,G eO 2作为网络形成剂存在.随着G e 4+增加,碲酸盐网络形成体变复杂,形成体结构变形加大,网络的无序性增加,导致Yb 3+离子的极化率增大,使Yb 3+近邻的非对称性增加,其配位场的不均匀程度相应增大.因此当G eO 2增加时,吸收截面相应增大.3.2.2　Yb 3+离子的发射特性倒易法是利用玻璃吸收光谱来计算受激发射截面的方法,适合于计算能级结构简单、荧光光谱较弥散的稀土离子,计算公式为[13]σemi (λ)=σabs (λ)Z lZ uexp E zl -hc λ-1k T,(2)其中Z l ,Z u 分别代表下能级和上能级的配分函数,室温下Z l /Z u 近似为简并度之比,约为4/3;E zl 为零线能量,对应2F 5/2和2F 7/2的最低斯塔克能态能量差,即2F 5/2(1)和2F 7/2(1)的能量差,相当于hcλp -1;k 为玻尔兹曼常数,h 为普朗克常数,c 为真空中的光速.由于倒易法确定的受激发射截面是波长的函数,仅取决于吸收光谱,与荧光光谱测试结果无关,从而避免了荧光光谱测试中再吸收引起的误差.表2不同G eO 2含量的Yb 3+掺杂TZG 系列玻璃的光谱性质参数T able 2Spectroscopic parameters of Yb 3+2doped tellurite glasses with different G eO 2contentxλzl /nmσp /pm 2Σabs /104pm 3A R /s -1Δλeff /nmλem /nmσem /pm 2τf /msσem τf /(pm 2!ms )0977 1.49 5.24228672.471006.5 1.060.98 1.040.05977 1.56 5.59253474.921007.0 1.100.97 1.060.10977 1.57 5.64257875.501007.0 1.130.95 1.070.15977 1.59 5.70263276.111008.0 1.170.94 1.100.209771.625.77269676.881008.01.230.921.13 Yb 3+离子的自发辐射几率(A rad ),积分吸收截面(Σabs )和有效荧光线宽(Δλeff )可表示为[14]A rad=8πcn 2(2J ′+1)λ4p (2J +1)Σabs ,(3)Σabs =∫σabs (λ)d λ,(4)Δλeff =∫I (λ)d λI max,(5)式中n 为折射率,J 和J ′为上、下能级总角动量,λp为吸收峰值波长,I (λ)为受激发射强度,I max 为受激发射强度最大值.表2列出了测量和计算的有关光谱性质参数.图3为通过倒易法计算的在不同GeO 2含量的试样中Yb 3+离子在940nm 半导体激光器抽运下的受激发射截面.从图3和表2可见,不同GeO 2含量的Yb 3+离子发射截面的形状基本相似,截面峰值有所变化.发射主峰位置在977nm ,次峰位置随着GeO 2含量的增加从100615nm 逐渐漂移到1008nm.当GeO 2的摩尔分数从0上升到0120时,Yb 3+的受激发射截面由1106p m 2增加到1123p m 2,说明GeO 2对ZnO 的替换有利于增加Yb 3+离子在2F 7/2→2F 5/2跃迁的受激发射截面.从式(2)中可以看出,其他条件不变,Yb 3+离子的受激发射截面与763　3期 汪国年等:Yb 3+掺杂锌锗碲酸盐玻璃的热分析、光谱和激光性质吸收截面成正比关系,随着吸收截面随GeO 2含量增加而增大,受激发射截面也相应增大.图3不同GeO 2含量的TZG 系列试样的发射截面Fig.3Emission cross 2section of Yb 3+2dopedTZG system3.2.3　自发辐射寿命和荧光有效线宽由于吸收光谱和发射光谱在975～1025nm 范围大量重叠,不可避免地会发生荧光捕获效应,延长了实测的荧光寿命.根据文献[15],荧光捕获效应主要受样品厚度和稀土离子浓度影响.当样品厚度为013mm 左右时能大大减少荧光捕获效应.本实验的样品厚度均为015mm ,测试荧光寿命时相对误差<10%,有效地抑制了荧光捕获效应.实测的自发辐射寿命τf 见表2.可以看出,当GeO 2的摩尔分数从0依次增加到0120时,τf 呈逐渐下降的趋势(0198→0192ms ).另外,本体系具有很宽的Δλeff 并随着GeO 2对ZnO 的替换一直呈上升趋势(72147→76188nm ).如此宽的荧光有效线宽并且具有高的吸收截面(在977nm 处为1162p m 2)是短脉冲二极管抽运激光器和可调谐激光器的重要特征.3.3　激光性能评价从稀土离子的吸收发射特性可以估计该激光材料的潜在激光性能,主要参数有吸收、发射截面以及上能级荧光寿命.Yb 3+离子只有两个能级(2F 7/2,2F 5/2),吸收光谱和发射光谱部分重叠,因此激光输出波长处的共振吸收对激光振荡的效率影响很大,其参数可表征为获得零增益所需的激发态最小粒子数βmin ,饱和抽运强度I sat ,表示实现基态耗尽模式激光运行的难易、克服阈值功率所需最小抽运强度I min .从激光性能来说,I min 值越小越好.计算公式为[14]I min =βmin ・I sat ,(6)其中βmin =σabs (λem )σem (λem )+σabs (λem ),(7)I sat =hcλp σabs (λp )τf .(8)表3Yb 3+掺杂不同玻璃的光谱性质和激光性质T able 3Spectroscopic and laser properties of somelaser glasses doped with Yb 3+G lasses　σem pm 2τf /msλem /nmσem τf/pm 2!msI min/(kW/cm 2)QX 0.70 2.001018 1.40 1.80AD Y 1.03 1.581020 1.63 1.12L Y 0.80 1.681028 1.35 1.95PN 1.35 1.361035 1.830.59PN K 1.08 2.001016 2.16 1.29FP 0.50 1.2010200.600.80Our glass1.230.9210081.130.98图4Yb 3+掺杂不同玻璃的激光性能比较Fig.4Comparison of laser properties withdifferent glasses 为了评价本系列玻璃的激光性能,表3列出了Yb 3+掺杂不同玻璃基质的激发波长和激光性能参数[6,11,16～18]:最小抽运强度I min ,受激发射截面σem ,实测荧光寿命τf 和σem τf .荧光寿命越长,受激发射截面越大、最小抽运强度越小,则激光性能越好.图4示出了各种玻璃的受激发射截面和最小抽运强度.与本体系中的TZG4玻璃相比较,TZG4玻璃阈值小,受激发射截面大,其激光性能与PN 玻璃比较接近,高于其他系列的激光玻璃.4　结　论 通过对Yb 3+掺杂0.70T eO 22(0.20-x )ZnO 2x G eO 220.05La 2O 3201025K 2O 201025Na 2O 20.01Yb 2O 3(x =0,0105,0110,0115和0120)玻璃的热稳定性、863中 国 激 光 32卷　光谱性质和激光性能评价,结果显示当x=0120时,玻璃具有优良的热稳定性、高的吸收和发射截面(分别为1162p m2和1123p m2),宽的有效荧光线宽(78nm)和长的荧光寿命(0192ms)以及低的阈值(0198kW/cm2),表明TZG4体系玻璃是实现高能短脉冲可调谐激光器的理想增益介质.参考文献1　L. 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A.Hruschka,B.G.Potter et al..Structure and optical properties of rare eart h2doped zinc oxyhalide tellurite glasses[J].J.N on2Cryst.S oli ds,1997, 222:282～2893　J.S.Wang,E.M.Vogel,E.Snitzer.Tellurite glass:a new candidate for fiber devices[J].Opt.M ater.,1993,3(3):187～2034　Liu Zhuping,Dai Shixun,Hu Lili et al..Study on spectroscopy of Yb3+and Er3+co2doped phosphate glasses[J].Chinese J.L asers,2001,A28(5):467～470 柳祝平,戴世勋,胡丽丽等1Yb3+,Er3+共掺磷酸盐铒玻璃光谱性质研究[J]1中国激光,2001,A28(5):467～4705　El2Mallawany Raouf.Tellurite glasses,Part 2.Anelastic, phase separation,Debye temperature and t hermal properties [J].Materials Chemist ry and Physics,1999,60(2):103～131 6　Chun Jiang,Fuxi Gan,J unzhou Zhang et al..Yb∶tellurite laser glass wit h high emission cross2section[J].Mater.L ett.,1999, 41(4):209～2147　Xian Feng,Changhong Qi,Fengying Lin et al..Tungsten2 tellurite glass:a new candidate medium for Yb3+2doping[J].J.N on2Cryst.S oli ds,1999,256&257:372～3778　L.Neindre,S.Jiang,B.2C.Hwang.Effect of relative alkalicontent on absorption linewidt h in erbium2doped tellurite glasses [J].J.N on2Cryst.S oli ds,1999,255(1):97～1029　Yang Jianhu,Dai Shixun,Hu Lili et al..Influence of Ce3+ion on t he spectroscopic properties of Er3+2doped tellirite glass[J].Chi nese J.L asers,2003,30(3):267～270 杨建虎,戴世勋,胡丽丽等.Ce3+离子对掺Er3+碲酸盐玻璃光谱性质的影响[J].中国激光,2003,30(3):267～27010　H.Takebe,T.Murata,positional dependence of absorption and fluorescence of Yb3+in oxide glasses[J].J.A m.Ceram.S oc.,1996,79(3):681～68711　X.Zou,H.Toratani.Evaluation of Spectroscopic properties of Yb3+2doped glasses[J].Phys.Rev.B,1995,52(22):15889～1589712　G. 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A.Payne,L.K.Smit h et ser and spectroscopic properties of Sr5(PO4)3F∶Yb[J].J.O pt.S oc.A m.B,1994,11(2):269～276963　3期 汪国年等:Yb3+掺杂锌锗碲酸盐玻璃的热分析、光谱和激光性质。

特性拟硅锗
原子质量72 72.59
密度（g/cm3） 5.5 5.35
熔点（℃）高947
颜色灰色灰色
氧化物种类耐火（refractory）二氧化物耐火二氧化物氧化物密度（g/cm3）4.7 4.7
氧化性弱碱弱碱
）氯化物熔点100℃以下86℃ （GeCl
4氯化物密度（g/cm3）1.9 1.9
克莱门斯·温克勒
年份
价格（$/kg）[49]
1999 1,400
2000 1,250
2001 890
2002 620
2003 380
2004 600
2005 660
2006 880
2007 1,240
2008 1,490
2009 950
GeS2 + 3O2→ GeO2 + 2SO2
在这个过程中，部份锗会进到所产生的灰尘中，而剩下的锗则被转化
GeO2 + 4HCl → GeCl4 + 2H2O
GeO2 + 2Cl2→ GeCl4 + O2
的GeO2适用于制造锗玻璃。

纯二氧化锗与氢反应后被还原成锗，用这种还原方式所得的锗，适用于红外线光学或半导体工业：GeO2 + 4H2→ Ge + 2H2O
GeO2 + C → Ge + CO2
应用[编辑]
图为典型的单模光纤。

氧化锗用于掺杂二氧化硅核心（1号）。

1. 核心 8 µm
2. 包层 125 µm。

左边是金字旁右边一个者字是啥字锗，拼音为zhě，是一种化学元素。

锗最早于1886年，由化学家克莱门斯·温克勒（Clemens Winkler）通过分析银辉石矿而被发现，温克勒为了纪念自己的祖国德国，将这种新发现的元素命名为（Germania），所以我们叫它锗是一种直译。

锗单质是一种灰白色类金属，有光泽，质硬，熔点为939°C、沸点为2833°C，与同族的锡与硅相近，不溶于水、盐酸、稀苛性碱溶液，溶于王水、浓硝酸或硫酸，具有两性，故溶于熔融的碱、过氧化碱、碱金属硝酸盐或碳酸盐，在空气中缓慢氧化，在自然界中，锗共有五种同位素：Ge70，Ge72，Ge73，Ge74，Ge76。

锗在地壳中的含量为百万分之2，是地壳中第52个最丰富的元素，而硅在地壳中的含量为28％，是第二大含量的元素。

但锗是地壳中最分散的元素之一，含锗的矿石很少，所以长时期以来没有被工业规模的开采，同镉、镓、铟、铊、硒、碲、铼7种元素同被称为稀散元素或稀散金属，稀散金属对高科技和未来能源的发展具有举足轻重的地位, 被西方发达国家视为21世纪的战略物资, 并加以资源保护和战略储备。

锗在红外光学方面的用量占总用量之首，锗晶体折射系数很高，只对红外光透明，而对可见光和紫外光不透明，作为光学材料具有独特的优异性能，用于制作专透红外光锗窗、棱镜及透镜，美国和日本一直把锗烷作为战略储备物资用于军事方面。

军用热成像系统要求光学系统有较大的通光口径和大的相对孔径，因而需要用到高质量大直径的锗晶体，一个热成像仪的光学系统必须有3-7个透镜或棱镜，这样就需要几公斤锗晶体。

但在红外方面并非不可替代，氟化钙，晶体硅或新开发的特殊类型的硫属化物玻璃均可用于替代。

二氧化锗制作的锗玻璃，比类似的硅酸盐玻璃具有更高的折射率和色散，红外光透过率可达70一80%，可用于制造相机的广角透镜和显微镜。

光纤中的锗是以高纯四氯化锗作为原料,在光纤加工过程中变成为二氧化锗，掺杂后，可提高光纤折射率，降低信号传输的损耗。

不得不知！热成像仪选购时的镜头参数的重要性！本文要点：1.热像仪镜头，在关注焦距指标时，为什么更要关注光圈和口径大小？2.为什么很多厂家只标注镜头焦距，而没有镜头光圈和口径的指标？3.为什么热像仪必须采用F1.0光圈的镜头？4.为什么同样焦距大小的热像仪，镜头口径大小不一样？总所周知，远距离观察式热像仪，与其它的光学设备一样，需要配备镜头。

选择热像仪时，应该如何判断其配备的镜头的好坏呢？首先我们需要明白的一点：热像仪配备的镜头镜片材质为非普通光学玻璃，采用的是锗玻璃，锗玻璃价格昂贵，以重量进行计价。

为什么热像仪要使用价格昂贵的锗玻璃呢？这是因为锗玻璃在2-16um具有很好的透光性能，化学性质也比较稳定，不易与金属氧化物，酸性物质空气和水反应。

红外测温仪器和热成像仪里面需要用到中远红外的滤光片，测温仪和热成像仪一般工作波段在2-13um，而锗玻璃刚好在中远红外具有很好的透光性，普通的光学玻璃在这些波段透过率极低，所以很难实现。

加上在锗玻璃上镀上光学薄膜，可以大大增加它的透过率，减少锗玻璃表面的反射率。

锗玻璃在可见光波段是不透过的。

由于锗玻璃价格昂贵，稍微大一点的锗玻璃镜头动辄数万元。

在选购热像仪时，应该选择配备多大口径的热像仪镜头呢？在这之前，需要明白一下几个光学镜头的参数概念：1.原理：热像仪基本光学原理与普通望远镜一样，只不过其内部传感器只对大约波段在2-13um远红外线感光成像。

而普通望远镜是对可见光成像而已。

2.焦距：理论上焦距越大，放大倍率越大。

大倍率意味着必须使用长焦镜头。

这和我们普通数码相机上的概念是一样的。

3.光圈：光圈计算值为焦距/通光直径（也就是镜头口径）简称为F值（也叫焦比）。

F值越大，光圈越小。

反之，F值越小，光圈越大。

与传统相机一样，光圈越大（F值越小），通光率越好，成像越清晰明亮。

正是由于光圈大小对成像的影响，高倍镜头（长焦镜头）理论上必须配备大口径的镜片，否则会导致F值过大，光圈过小，成像暗淡，严重影响成像效果。

锗酸盐微晶玻璃的显微结构与红外透过性能肖卓豪;卢安贤【摘要】CaO-BaO-Y2O3-Al2O3-SiO2-GeO2 glass containing nucleating agent ZrO2 was prepared by conventional melt quenching technique, and the gennanate glass-ceramics were obtained under different heating conditions. Differential scanning calorimeter, X-ray diffraction and scanning electron microscopy were used to study the effect of heating conditions on crystallization behavior, microstmctures and infrared transmittance of the gennanate glass-ceramics. The results show that the crystallite size in gennanate glass-ceramics is 40-100 nm when crystallization temperature is 930-1 010 ℃. When crystallization temperature is lower than 990 ℃, transparent gennanate glass-ceramics can be obtained. Not only the crystallite size, volume and the refractive index difference between crystallite and glass matrix but also the arrangement shape of the crystallite are the key factors to the transparence of the glass-ceramics.%用传统熔体冷却法制备含成核剂的CaO-BaO-Y2O3-Al2O3-SiO2-GeO2玻璃,并采用两步法工艺获得不同热处理条件下的微晶玻璃.采用DSC,XRD和SEM等分析测试方法研究不同热处理制度对锗酸盐微晶玻璃的析晶行为、显微结构以及红外透过性能的影响.研究结果表明:当晶化温度为930～1 010℃时,可以获得半透明的锗酸盐微晶玻璃,其单个晶粒粒径为40～100 nm;当晶化温度低于990℃时,锗酸盐微晶玻璃具有良好的光学透过性能,其透过波段为可见光区至5.0μm附近的中红外光区,透过率可达80％以上；影响微晶玻璃光学透明性的因素除了微晶体的粒径、晶体含量以及微晶体折射率与母体玻璃折射率之差外,微晶体的团聚可能也是决定微晶玻璃光学透过性的重要因素.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(042)007【总页数】8页(P1934-1941)【关键词】锗酸盐玻璃;微晶玻璃;透红外性能;析晶行为【作者】肖卓豪;卢安贤【作者单位】景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院,江西景德镇,333403;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TB321锗酸盐玻璃具有制备简单、成型容易、化学稳定性好、抗热震性能优良、红外透过波段宽以及透过率高等优点而在红外光学系统中具有广阔的应用前景。

硅锗合金调研材料1锗的物化性质锗（Ge），原子序数为32，粉末状呈暗蓝色，结晶状为银白色脆金属，密度5.35 g/cm3，熔点937.4 o C，沸点2830 o C。

值得关注的是，锗具有良好的半导体性质，如电子迁移率和空穴迁移率等，因此对物理和电子学的发展有重要作用。

锗为稀有金属，化学性质稳定，常温下不与空气或水蒸汽作用，但在600 o C 至700 o C时很快生成二氧化锗。

锗与盐酸、稀硫酸不起作用，但溶解于热的浓硫酸以及硝酸和王水。

碱溶液与锗的作用很弱，但熔融的碱在空气中能使锗迅速溶解。

此外，锗与碳不起作用，所以在石墨坩埚中熔化时不会被碳所污染。

2硅锗合金近年来，随着国家光伏产业的发展，锗在太阳能电池方面的应用研究已成为热点之一。

其中，硅-锗合金对光具有高吸收系数，尤其能够有效增加对长波段光的吸收，因此可以使吸收层制作得很薄，这样载流子的传输距离更短更有利于收集，从而能够得到较高的填充因子，同时也减轻了光致衰减效应。

均匀的硅锗合金材料可采用区熔法、直拉法、粉末冶金法和化学气相沉积法制备。

其中，采用直拉技术拉制的高质量的硅锗合金单品由于没有边界散射效应，并且具有机械稳定性和均匀性好的优点而成为使用较多的材料之一。

3 硅锗合金在光伏领域的应用硅材料是太阳能电池领域的主要应用材料，包括单晶硅、多晶硅和薄膜非晶硅等。

其中单晶硅和多晶硅在太阳能光电材料中占主导地位，但是由于晶体硅材料的禁带宽度为1.12 eV，太阳能光电转换效率较低，并且在可见光范围内硅的光吸收系数远远低于其他太阳能材料，因此在制备晶体硅太阳能电池时，硅片的厚度需要在150-200μm 以上，才能有效地吸收太阳能。

另外，非晶硅薄膜电池存在光致衰退效应，导致其光电转化效率明显下降。

然而，锗硅合金因具有光吸收率高、禁带宽度可调和光谱响应范围可拓宽等优点，可以与现有光伏电池工艺技术完全兼容，比较容易实现高效率的目标。

3.1太阳能电池薄膜薄膜太阳能电池可采用单结或多结结构，其中单结结构因其稳定性差和效率低已较少采用，因此稳定性好、效率高的多结叠层太阳能电池成为薄膜太阳能电池的发展方向，并且目前多采用三结太阳能电池结构。

锗抗拉强度全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：锗是一种重要的半导体材料，具有很高的抗拉强度。

在工业生产中，锗被广泛应用于半导体器件、光伏电池和光纤通信等领域。

锗的抗拉强度是衡量其材料性能的重要指标之一，对于保证其在各种应用场合中的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。

我们来了解一下锗的概况。

锗是一种化学元素，原子序数32，化学符号为Ge，原子量为72.63，属于IVB族元素。

锗是一种灰色的金属元素，是地壳中相对较为稀有的元素之一。

由于其独特的电学和光学性质，锗在半导体器件中具有重要的应用前景。

由于锗的熔点较低，因此在工业生产中常常需要采取合适的措施来提高其抗拉强度。

锗的抗拉强度是指在外力作用下，锗材料发生拉伸变形时所能承受的最大拉力。

通常情况下，我们通过材料拉伸测试来测量锗的抗拉强度。

在拉伸测试中，将标准形状和尺寸的锗试样安装在拉伸试验机上，施加逐渐增加的拉力，直至试样发生破裂为止。

根据拉伸试验得到的拉力-伸长曲线，可以计算出锗的抗拉强度。

锗的抗拉强度受多种因素的影响，其中包括晶格结构、纯度、温度等。

首先是锗的晶格结构。

在晶体中，原子的排列方式对材料的力学性能有着重要的影响。

锗通常呈现出面心立方结构或钻石结构，这种结构使得锗具有较高的抗拉强度。

锗的纯度也是影响其抗拉强度的重要因素。

杂质的存在会降低材料的力学性能，因此在工业生产中需要控制锗材料的纯度，以保证其抗拉强度。

温度也会对锗的抗拉强度产生影响。

一般来说，随着温度的升高，锗的抗拉强度会下降。

这是因为在高温下，原子的热运动会增加材料的塑性变形能力，导致材料更容易发生破裂。

在特定温度范围内，需要根据锗的应用情况和环境条件来选择合适的温度范围，以保证其抗拉强度。

在工业生产中，提高锗的抗拉强度是一个重要的研究方向。

目前，已有许多研究机构和企业致力于开发新的制备工艺和技术，以提高锗材料的抗拉强度。

采用合金化、热处理和压力加工等方法，可以有效地提高锗的抗拉强度。