SiO2ガラスの熱光学係数の温度依存性

この論文では、4つのバルクアニール純シリカガラスサンプルの熱光学係数DN/DTの温度依存性に関する徹底的な分析を提示します（タイプI-自然石英：Infrasil 301;タイプクルツクリスタルパウダー：Heraeusホモシル。タイプIIIシンセティック硝子体シリカ：コーニング7980およびSuprasil 3001）室温から0 kまで。熱光学係数は、ケルビンゼロに外挿されました。293 Kの4つのサンプルと1.55μmの波長で、8.16×10-6から8.53×10-6の範囲のDN/DT値を取得しました。Corning 7980 SIO2ガラスの場合、熱光学係数は、8.74×10-6から8.16×10-6に、目に見える範囲から3番目の通信窓から3番目の通信窓まで、ほぼ一定の1.3μmを超えて減少します。Ghoshのモデルは再検討され、熱膨張係数は熱光学係数の約2％のみを占めると結論付けられ、シリカ励起物バンドギャップの温度挙動の発現を取得しました。Wempleのモデルも分析され、係数とそれぞれの温度依存性を決定するために、材料分散も検討しました。このモデルの制限についても説明しました。

This paper presents a thorough analysis on the temperature dependence of the thermo-optic coefficient, dn/dT, of four bulk annealed pure-silica glass samples (type I-natural quartz: Infrasil 301; type II-quartz crystal powder: Heraeus Homosil; type III-synthetic vitreous silica: Corning 7980 and Suprasil 3001) from room temperature down to 0 K. The three/four term temperature dependent Sellmeier equations and respective coefficients were considered, which results from fitting to the raw data obtained by Leviton et al. The thermo-optic coefficient was extrapolated down to zero Kelvin. We have obtained dn/dT values ranging from 8.16 × 10-6 up to 8.53 × 10-6 for the four samples at 293 K and for a wavelength of 1.55 μm. For the Corning 7980 SiO2 glass, the thermo-optic coefficient decreases monotonically, from 8.74 × 10-6 down to 8.16 × 10-6, from the visible range up to the third telecommunication window, being almost constant above 1.3 μm. The Ghosh's model was revisited, and it was concluded that the thermal expansion coefficient only accounts for about 2% of the thermo-optic coefficient, and we have obtained an expression for the temperature behavior of the silica excitonic bandgap. Wemple's model was also analyzed where we have also considered the material dispersion in order to determine the coefficients and respective temperature dependences. The limitations of this model were also discussed.