本文属于类型a，即单项原始研究论文，以下为该研究的详细学术报告。

本研究由Xiaodong Chen、Xiaobo Heng、Guowu Tang、Tingting Zhu、Min Sun、Xiujie Shan、Xin Wen、Jingyuan Guo、Qi Qian以及Zhongmin Yang等人完成。主要作者均来自华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室及光通信材料研究所、广东省特种光纤材料与器件工程技术研究开发中心、广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室；Jingyuan Guo来自中山大学物理与工程学院。该研究于2016年4月18日发表在Optics Express第24卷第9期上，文章编号为#260079，DOI为10.1364/OE.24.009149。

本研究属于光学材料与辐射效应交叉领域，重点探讨钡镓锗酸盐（barium gallo-germanate, BGG）玻璃在γ射线辐照下产生的辐照致暗化（radiation-induced darkening, RD）效应及其缺陷来源。BGG玻璃是一种重要的中红外透射和中红外光纤激光器基质材料，尤其在2.0 μm人眼安全波段光纤激光器中具有实际应用价值。与石英基或碲酸盐基有源光纤相比，稀土掺杂BGG玻璃光纤能够在较短光纤长度下提供更高光学增益，有望用于空间等强辐射环境。然而，在辐射环境中工作的光纤激光器常出现辐照致暗化，导致从紫外到可见光乃至近红外波段的光学附加损耗，并使激光器输出功率、效率、寿命和可靠性持续下降。虽然Tm³⁺掺杂BGG玻璃光纤激光器工作在2.0 μm，但其泵浦波长（808 nm或790 nm）可能落入RD影响范围。此前关于RD的研究多集中于稀土或锗掺杂石英玻璃光纤和磷酸盐玻璃光纤，对锗酸盐玻璃光纤特别是BGG玻璃的RD效应鲜有报道，因此本研究旨在揭示BGG玻璃中γ射线辐照致缺陷的类型、稳定性及吸收特征。

本研究的实验流程包括样品制备、γ射线辐照、光学透射光谱测量、电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance, EPR）测量、热释光（thermoluminescence, TL）测量以及等时热处理结合吸收光谱分析。首先，BGG基质玻璃按照已报道的Tm³⁺掺杂BGG单模光纤所用玻璃组成制备，其组成为15BaO-19Ga₂O₃-66GeO₂（摩尔百分比）。采用传统熔融淬冷法制备，原料纯度不低于99.99%，将100 g混合原料置于带盖氧化铝坩埚中，在1350°C空气中熔融60分钟，随后将熔体快速浇铸到约300°C预热的钢板上，并在620°C退火2小时以消除热应力，最后随炉缓慢冷却至室温。退火后的玻璃切割并抛光至20 × 20 × 2 mm³尺寸。随后，样品在⁶⁰Co源下接受γ射线辐照，平均剂量率为41 Gy/min，总累积剂量为50 kGy。为避免测量过程中辐射诱导吸收退化，辐照后样品在一天内完成光谱测量。光学透射光谱采用Perkin-Elmer Lambda 900/UV/VIS/NIR分光光度计在室温下测量，波长范围为200～1200 nm。TL测量在Ris TL/OSL-12系统上进行，样品从300 K加热至773 K，升温速率为2 K/s，TL辉光曲线由光电倍增管（300～600 nm光谱范围）检测。EPR测量在Bruker A300谱仪上进行，工作频率约9.44 GHz，磁场调制频率100 kHz，调制幅度1 G，微波功率0.2 mW，磁场扫描范围为1000～6000 Gauss，测量温度在100 K至400 K之间动态变化，每次EPR测试使用相同的石英管和相同总质量的样品。

实验结果显示，未辐照BGG玻璃的透射率从370 nm至260 nm显著下降，反映了其紫外吸收边；经50 kGy γ射线辐照后，样品在260～800 nm范围内出现宽大的光学附加损耗带，根据以往锗酸盐玻璃研究，该损耗归因于γ射线诱导的色心缺陷。EPR测量进一步揭示，未辐照样品在100 K下几乎无信号，而辐照样品出现两个明显的EPR信号，表明辐照诱导了两种顺磁中心（paramagnetic centers, PC）。这两个信号可用菱形对称自旋哈密顿量描述，其g值分别表现为空穴中心（g₁>gₑ=2.0023）和电子中心（g₂ₑ=2.0023）特征。结合文献中锗相关缺陷的g值（GEC为1.9991，Ge-NBOHC为2.0076），可推断图2中g₁值为2.0067的较强信号对应锗相关非桥氧空穴中心（Ge-related non-bridging oxygen hole center, Ge-NBOHC），g₂值为1.9934的较弱信号对应锗相关电子中心（Ge-related electron centers, GEC）。此外，变温EPR测量表明，随温度从100 K升至400 K，空穴缺陷信号比电子缺陷信号更易消失，说明电子缺陷比空穴缺陷更稳定。

为验证缺陷类型并进一步表征其稳定性，进行了TL光谱分析。TL曲线显示辐照BGG玻璃在400 K以上开始上升，并出现两个明显的TL峰，峰温分别位于530 K和720 K，这与EPR结果中两种缺陷的存在一致。通过TL辉光曲线分析软件和Chen提出的一般级动力学方程进行拟合，拟合优度R²为0.99742，得到两个峰的陷阱能量深度分别为1.71 eV和2.19 eV。能量深度越大，缺陷越稳定。结合变温EPR结果可以推断，530 K的TL峰对应Ge-NBOHC缺陷的湮灭，而720 K的TL峰对应GEC缺陷的湮灭。Ge-NBOHC的湮灭过程意味着缺陷与未被电子陷阱捕获的自由电子复合，而GEC的湮灭则是GEC缺陷与自由空穴复合以维持BGG玻璃中的电荷平衡。

为了确定两种缺陷各自吸收带的位置，研究采用了基于TL峰温的等时热处理结合透射光谱的方法。将辐照后的BGG玻璃分别在530 K和720 K温育3分钟，然后测量透射光谱。根据TL谱及文献报道，720 K热处理能消除γ辐照诱导的所有两种色心缺陷，而530 K热处理只能湮灭Ge-NBOHC缺陷。因此，A₅₃₀K减去A₇₂₀K可表示GEC缺陷的吸收特征；A_RT减去A₅₃₀K可得到Ge-NBOHC缺陷的独立吸收带。结果显示，GEC缺陷的吸收带中心位于315 nm，Ge-NBOHC缺陷的吸收峰位于375 nm。此外，A₇₂₀K减去未辐照样品的吸收曲线几乎为水平线，证实720 K热处理可以消除γ辐照诱导的所有色心缺陷。

本研究的主要结论是：γ射线辐照BGG玻璃会诱导两种锗相关缺陷，即Ge-NBOHC和GEC，这两种缺陷导致了BGG玻璃的辐照致暗化。通过光学透射光谱、EPR和TL测量，验证了缺陷类型、能量深度及热稳定性，并成功分离了两种缺陷的吸收带，其峰值吸收分别位于375 nm和315 nm。

本研究的科学价值在于首次系统揭示了BGG玻璃中γ射线辐照诱导缺陷的类型和吸收特征，明确了辐照致暗化的物理起源。从应用角度看，该研究有助于理解BGG玻璃光纤在空间等辐射环境中的性能退化机制，并为寻找抑制RD的方法提供实验依据和理论指导，对推动BGG玻璃光纤激光器在航天等强辐射环境下的实际应用具有重要意义。研究的亮点包括：同时结合EPR、TL和等时热处理技术解析了两种重叠吸收带的位置；通过变温EPR和TL能量深度定量比较了电子缺陷与空穴缺陷的稳定性；研究对象为具有实际中红外光纤激光应用背景的BGG玻璃。此外，TL拟合参数（陷阱能量深度、逃逸频率因子、初始捕获电子浓度和动力学级数）的定量结果也为后续缺陷动力学研究提供了基础数据。