專利名稱：：2μm高磷含量氟磷酸鹽激光玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及氟磷酸鹽玻璃，特別是一種2(im高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來，稀土摻雜的2pm輸出的固體激光器因其廣泛用途，引起了人們的關(guān)注。由于2pm激光與水的1.93pm吸收峰很近，對(duì)生物組織的吸收穿透深度淺，是一種理想的醫(yī)用激光器；另外，2pm激光具有大氣消光比低、對(duì)人眼安全等特點(diǎn)，可用于相干多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)等遠(yuǎn)程探測(cè)系統(tǒng)；再者，2pm激光器是獲得3-5pm光學(xué)參量振蕩器的最適宜的抽運(yùn)源，決定了它在軍事上的作用。因此無論在軍用還是民用，2pm激光器的研制都具有迫切的需求和重要的意義。2pm激光輸出首先通過鈥摻雜晶體獲得的。1865年，美國(guó)Johnson首次報(bào)道了在摻Ho"的YGA晶體中獲得2.09pm的輸出。目前國(guó)外對(duì)通過稀土摻雜晶體獲得2pm輸出的研究很多，而Ho:YGA激光器已經(jīng)應(yīng)用于臨床醫(yī)用。但是大尺寸晶體難以制備、稀土摻雜濃度小等缺點(diǎn)，限制了它的應(yīng)用。而稀土摻雜的玻璃光纖能很好地避免晶體的這些缺點(diǎn)。1998年，英國(guó)南安普頓大學(xué)首次在Tm"摻雜的石英光纖中獲得了2pm輸出；同年，日本NEC公司實(shí)現(xiàn)了Ho3+:ZBLAN光纖的2nm輸出；2003年，法國(guó)雷恩大學(xué)激發(fā)Tm"摻雜的ZBLAN氟化物玻璃，獲得了1.8pm的輸出。然而石英玻璃基質(zhì)的聲子能量高、稀土離子在石英玻璃中的熒光壽命短，難以實(shí)現(xiàn)窄脈寬調(diào)Q脈沖輸出；而盡管氟化物玻璃的聲子能量低，但是它的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度較差以及苛刻的制備條件也限制了它在2pm輸出上的應(yīng)用。氟磷酸鹽玻璃是一種較為理想的基質(zhì)材料，它綜合了氟化物玻璃和磷酸鹽玻璃的優(yōu)點(diǎn)，玻璃成分較大范圍的可調(diào)性帶來了一系列光學(xué)性質(zhì)的可調(diào)性，較低的非線性折射率和較高的受激發(fā)射截面使其有望成為高功率激光器用激光玻璃，同時(shí)它具有較寬的熒光線寬和較高的稀土離子溶解度。另外在制備工藝上，它比氟化物玻璃更容易制備，工藝更加成熟，這為高質(zhì)量、低損耗光纖的拉制提供了保障。但是，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)實(shí)現(xiàn)2pm發(fā)光的氟磷酸鹽玻璃的研究還很少見諸報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容.本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種2pm高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃及其制備方法，該玻璃具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，在980nm或者800nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下能獲得很強(qiáng)的2fam熒光。本發(fā)明具體的技術(shù)解決方案如下一種2^im高磷含量的氟磷酸鹽玻璃，其特征在于它的摩爾百分比組成為組成mol%A1(P03)318~22%,BaF245~50%,MgF210~15%,LiF8~13%，LaF30~6%RF3，(R為稀土元素Yb，Er,Tm，Ho)4~10%,所述的稀土離子摻雜方式有Tm單摻、Yb-Tm雙摻、Er-Tm雙摻、Yb-Ho雙摻、Er-Ho雙摻、Tm-Ho雙摻、Yb-Tm-Ho三摻、Er-Tm-Ho三摻、Yb-Er-Tm三摻或Yb-Er-Ho三摻。本發(fā)明2|am高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃的具體制備過程如下選定并按照上述的玻璃組成的摩爾百分比，計(jì)算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料放入鉑金坩堝中于1020~IIO(TC的石圭碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10~15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的;^莫具中；將玻璃迅速移入到已升溫至玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以下l(TC的馬弗爐中，保溫3~4小時(shí)，再以10°C/小時(shí)的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。本發(fā)明高磷含量的氟磷酸鹽玻璃具有玻璃透明，無析晶，物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，穩(wěn)定性參數(shù)AT^100。C。在980nm或者800nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下可以獲得很強(qiáng)的2|im熒光,適用于2pm發(fā)光的摻稀土離子的特種玻璃及光纖材料的制備及應(yīng)用。圖1為本發(fā)明實(shí)施例1#高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃的差熱曲線。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1#高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃在800nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下的熒光光i普。4圖3為本發(fā)明實(shí)施例2#高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃在980nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下的熒光光譜。具體實(shí)施例方式下列結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明高磷含量的氟磷酸鹽玻璃的IO個(gè)具體實(shí)施例，如表1所示:表1:具體10個(gè)實(shí)施例的玻璃配方<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例1#:組成如表l中1#所示，具體制備過程如下選定并按照表l中1#玻璃組成的摩爾百分比，計(jì)算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料放入鈿金坩堝中于1050°C的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10~15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的^^莫具中；將玻璃迅速移入到已升溫至435。C的馬弗爐中，保溫34小時(shí)，再以10。C/小時(shí)的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測(cè)試。本發(fā)明高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃的差熱曲線如圖1所示。把退火后的樣品加工成10x20x1.5毫米的玻璃片并拋光，在800nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下測(cè)試其熒光光譜。本發(fā)明高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃的在800nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下的熒光光譜如圖2所示。實(shí)施例2#:組成如表1中2#所示，具體制備過程如下選定并按照表l中2#玻璃組成的摩爾百分比，計(jì)算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料放入鉑金坩堝中于102(TC的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10-15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的^f莫具中；將玻璃迅速移入到已升溫至430。C的馬弗伊中，保溫34小時(shí)，再以10。C/小時(shí)的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測(cè)試。把退火后的樣品加工成10x20x1.5毫米的玻璃片并拋光，在980nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下測(cè)試其熒光光譜。本發(fā)明高磷含量的氟磷酸鹽玻璃的在980nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下的熒光光譜如圖3所示。實(shí)施例3#:組成如表1中3#所示，具體制備過程如下按照表1中3#玻璃組成的摩爾百分比，計(jì)算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料放入鉑金坩堝中于1080°C的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10-15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的^^莫具中；將玻璃迅速移入到已升溫至450。C的馬弗爐中，保溫34小時(shí)，再以1(TC/小時(shí)的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。實(shí)施例4#:組成如表1中4#所示，具體制備過程如下按照表1中4#玻璃組成的摩爾百分比，計(jì)算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料放入鉑金坩堝中于1100。C的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10~15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的^^莫具中；將玻璃迅速移入到已升溫至440。C的馬弗爐中，保溫34小時(shí)，再以10。C/小時(shí)的速率降至室溫，完全冷卻后耳又出玻璃樣品。對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測(cè)試。把退火后的樣品加工成10x20x1.5毫米的玻璃片并拋光，在980nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下測(cè)試其焚光光諳。實(shí)施例5#到10#:組成如表1中5#到10#所示，具體制備過程如實(shí)施例1#。對(duì)實(shí)施例3#:到10#玻璃作了相應(yīng)的測(cè)試，得到了實(shí)施例1#類似的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明高磷含量的氟磷酸鹽玻璃具有玻璃透明，無析晶，物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，穩(wěn)定性參數(shù)AT^10(TC。在980nm或者800nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下可以獲得很強(qiáng)的2pm熒光，適用于2(am發(fā)光的摻稀土離子的特種玻璃及光纖材料的制備及應(yīng)用。權(quán)利要求1、一種2μm高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃，其特征在于它的摩爾百分比組成為組成mol％Al(PO3)318～22％，BaF245～50％，MgF210～15％，LiF8～13％，LaF30～6％RF3，其中R為稀土元素Yb，Er，Tm，Ho，4～10％，所述的稀土離子摻雜方式有Tm單摻、Yb-Tm雙摻、Er-Tm雙摻、Yb-Ho雙摻、Er-Ho雙摻、Tm-Ho雙摻、Yb-Tm-Ho三摻、Er-Tm-Ho三摻、Yb-Er-Tm三摻或Yb-Er-Ho三摻。2、權(quán)利要求1所述2pm高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃的制備方法，其特征是該方法包扭下列步驟①選定并按照權(quán)利要求1所述的玻璃組成的摩爾百分比，計(jì)算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻形成混合料；②將所述的混合料放入鉬金坩堝中，在1020~1100。C的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10~15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的模具中；③將玻璃迅速移入到已升溫至玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下10。C的馬弗爐中，保溫3~4小時(shí)，再以10。C/小時(shí)的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。全文摘要一種2μm高磷含量的氟磷酸鹽激光玻璃及其制備方法，該玻璃的摩爾百分比組成范圍為Al(PO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>18～22％，BaF<sub>2</sub>45～50％，MgF<sub>2</sub>10～15％，LiF8～13％，LaF<sub>3</sub>0～6％，RF<sub>3</sub>(R為稀土元素Yb，Er，Tm，Ho)4～10％。使用熔融法制備該氟磷酸鹽激光玻璃，得到的玻璃透明，無析晶，物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，穩(wěn)定性參數(shù)ΔT≥100℃。在980nm或者800nm波長(zhǎng)的激光二極管泵浦下可以獲得很強(qiáng)的2μm熒光，適用于2μm發(fā)光的摻稀土離子的特種玻璃及光纖材料的制備及應(yīng)用。文檔編號(hào)C03C3/32GK101481213SQ20091004661公開日2009年7月15日申請(qǐng)日期2009年2月25日優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日發(fā)明者于春雷,張麗艷,張軍杰,汪國(guó)年,孟王,胡麗麗,衣麗霞申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所