專利名稱：：2μm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鍺酸鹽玻璃，特別是一種2jam發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
：對于波長為2pm的中紅外激光，在醫(yī)療外科手術(shù)、光通訊、氣體監(jiān)測、環(huán)境污染檢測分析及人眼安全激光雷達(dá)等領(lǐng)域以及用于新的中紅外波段激光的抽運(yùn)源都具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。丁1113+和1103+已作為2pm區(qū)域各種不同基質(zhì)中激光的激活離子而得到了大量的研究。摻雜Tm"和Ho"離子的光纖激光器是作為緊湊高效的全固態(tài)激光源的強(qiáng)有力的候選者。隨著大功率半導(dǎo)體激光器和包層泵浦方式的采用，纟參銩光纖激光器的性能也得到了很大的改進(jìn)(參見在先技術(shù)JianfengWu，ZhidongYao，JieZongetal.Highlyefficienthigh-powerthuliumdopedgerminateglassfiberlaser,OptLett.,2007,32(6):638-640.)。另外一種引人關(guān)注的稀土離子是Ho3、在醫(yī)療激光器和激光雷達(dá)領(lǐng)域有非常獨(dú)特的優(yōu)勢。對Ho"而言由于亞穩(wěn)態(tài)壽命很長，適于制作脈沖激光器。Ho3+摻雜光纖激光器存在的主要問題則是缺少有效的泵浦源。為了更好的提高Hc^+2iim的激光性能，一般采用共摻敏化離子的方式提高其發(fā)光性能。最為常見的一種敏化方式是通過TmS+敏化Ho"實(shí)現(xiàn)2pm發(fā)光(參見在先技術(shù)董淑福，陳國夫，王賢華等."Tm":HoS+共摻石英光纖激光器的實(shí)驗(yàn)研究"，光子學(xué)報(bào)，2004,33(2):129-132.)。為了進(jìn)一步拓展利用商品化的激光泵浦源，研究人員也嘗試采用Yb/Tm/Ho三摻雜方式來實(shí)現(xiàn)2pm發(fā)光，并取得了許多有益結(jié)果(參見在先技術(shù)BoPeng,TetsuroIzumitani.Opticalproperties,fluorescencemechanismsandenergytransferinTm,HoandTm3+-Ho3+dopednear-infraredlaserglasses,sensitizedbyYb3+,Opt.Mater"1995,4:797-810.)。在石英基質(zhì)中稀土離子的無輻射躍遷會制約激光效率，因此研究具有低聲子能量的玻璃基質(zhì)的發(fā)光性質(zhì)具有重要意義。鍺酸鹽玻璃具有相對較低的聲子能量，且成玻璃性能好，適宜于制備光纖預(yù)制棒并拉制光纖。傳統(tǒng)的鍺酸鹽玻璃組分均是氧化物構(gòu)成，通過以氟化物的形式引入網(wǎng)絡(luò)外離子以及稀土離子可以在一定程度上起到減少玻璃內(nèi)部羥基的作用。因此探索合適的玻璃組分以及分析有效的稀土離子敏化發(fā)光方式是十分必要的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種2pm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃及其制備方法。該玻璃具有優(yōu)良的成玻璃性能、紅外透過性能和良好的發(fā)光性質(zhì)，適用于2pm摻稀土離子的特種激光玻璃與光纖材料的制備及應(yīng)用。本發(fā)明具體的技術(shù)解決方案如下一種2pm發(fā)光摻稀土離子的鍺酸鹽玻璃及其制備方法，其特征是網(wǎng)絡(luò)外離子是以BaF2引入，幾種稀土離子可以Tm單摻、Yb-Tm雙摻、Yb-Ho雙摻、Tm-Ho雙摻、Yb-Tm-Ho三摻方式引入玻璃中，且稀土離子的引入方式除以稀土氧化物摻入組分中外還可以稀土氟化物方式引入玻璃組分中。所述2iam發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃，其特點(diǎn)在于它的組成范圍如下組成mol%Ge0265~70BaF215~20Ga2032~13Re203/ReF3，其中Re=La/Yb/Tm/Ho稀土元素，213一種2nm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽玻璃的制備方法，包括以下步驟①按上述玻璃組成的摩爾百分比(mol%)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻形成混合料；②將所述的混合料放入鉑金坩堝中，置于1350~1400。C的硅炭棒電爐中熔融，熔制時(shí)間控制在45-60分鐘；③玻璃熔融后，降溫至1300。C,通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1450。C進(jìn)行澄清和均化，降溫至140(TC進(jìn)行攪拌，此過程中一直通純氧進(jìn)行氣氛保護(hù)；⑤快速將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以10。C/小時(shí)的速度退火至380420。C,，然后再以20'C/小時(shí)的速度退火至80°C，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫。本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明制備的2pm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃在中紅外波^:具有4艮寬的透過范圍。本發(fā)明2pm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃可以獲得優(yōu)異的發(fā)光性質(zhì)，可潛在應(yīng)用于制備實(shí)現(xiàn)2pm激光的多組分激光塊體玻璃及光纖材料。圖1為本發(fā)明2nm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃實(shí)施例1的紅外透過率，樣品厚度為2mm。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的2pm熒光光^普圖。具體實(shí)施例方式表1給出了本發(fā)明10個(gè)實(shí)施例的玻璃配方和部分測試結(jié)果。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I至實(shí)施例IO，均采用相同的玻璃熔制工藝，其具體制備過程如下①按實(shí)施例的玻璃組成的摩爾百分比(mol%)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1350-1400。C的硅炭棒電爐中熔融，熔制時(shí)間控制在4560分鐘；③玻璃熔融后，降溫至1300。C，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1450。C進(jìn)行澄清和均化，降溫至1400'C進(jìn)行攪拌。此過程中一直通純氧進(jìn)行氣氛保護(hù)。⑤快速將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的馬弗爐中，保溫2小時(shí)，以10°C/小時(shí)的速度退火至380420。C,然后再以20。C/小時(shí)的速度退火至8(TC后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫。4巴退火后的樣品加工成六面拋光的2mm厚的玻璃片，測試紅外透過光譜和近2pm熒光。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明2pm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃具有較高的透過率和;[艮寬的透過范圍。分別采用808nm激光二^f及管LD和980nmLD泵浦測試樣品的熒光光譜，測試的熒光強(qiáng)度結(jié)果如表l中所述。圖1為本發(fā)明2nm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃實(shí)施例1的紅外透過率，樣品厚度為2mm。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的2pm熒光光譜圖。本發(fā)明中采用多種稀土離子多種摻雜方式的鍺酸鹽玻璃可以獲得良好的近2jam熒光發(fā)射。權(quán)利要求1、一種2μm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃，其特征在于它的摩爾百分比組成為組成mol％GeO265～70BaF215～20Ga2O32～13Re2O3/ReF32～13，其中Re＝La/Yb/Tm/Ho稀土元素。2、權(quán)利要求1所述的2nm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃的制備方法，其特征是該方法包括下列步驟①選定并按權(quán)利要求1所述的玻璃組成的摩爾百分比計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻形成混合料；②將混合料放入白金坩堝中，置于13501400。C的硅炭棒電爐中熔融，熔制時(shí)間控制在45-60分鐘；③玻璃熔融后，降溫至1300。C,通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1450。C進(jìn)行澄清和均化，降溫至1400。C進(jìn)行攪拌，此過程中一直通純氧進(jìn)行氣氛保護(hù)；快速將玻璃放入已升溫至該玻璃轉(zhuǎn)變溫度的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以10。C/小時(shí)的速度退火至380-420°C,然后再以20。C/小時(shí)的速度退火至80°C,關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的2|_im發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃的制備方法，其特征是所述的稀土元素的引入方式Tm單摻、Yb-Tm雙摻、Yb-Ho雙摻、Tm-Ho雙摻或Yb-Tm-Ho三摻。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的2[im發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃的制備方法，其特征是所述稀土元素以稀土氧化物或稀土氟化物引入玻璃組分中。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的2pm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃，其特征在于該鍺酸鹽玻璃適用于2|am激光光纖預(yù)制棒纖芯的制備。全文摘要一種2μm發(fā)光摻稀土離子鍺酸鹽激光玻璃及其制備方法，該玻璃的摩爾百分比組成為GeO<sub>2</sub>60～65％，BaF<sub>2</sub>15～20％，Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>2～13％，Re<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/ReF<sub>3</sub>2～13％，其中Re為稀土元素La、Yb、Tm、Ho。該玻璃的稀土離子摻雜方式Tm單摻、Yb-Tm雙摻、Yb-Ho雙摻、Tm-Ho雙摻或Yb-Tm-Ho三摻，稀土離子以稀土氧化物或稀土氟化物引入，均能獲得穩(wěn)定且發(fā)光性質(zhì)優(yōu)良的玻璃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明中鍺酸鹽玻璃具有較高的透過率和很寬的透過范圍。熒光光譜測試表明本發(fā)明的鍺酸鹽激光玻璃可獲得良好的近2μm熒光發(fā)射。本發(fā)明激光玻璃也適用于2μm光纖預(yù)制棒纖芯的制備。文檔編號C03C3/253GK101486530SQ20091004676公開日2009年7月22日申請日期2009年2月27日優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日發(fā)明者于春雷,張軍杰,徐茸茸,汪國年,孟王,胡麗麗,衣麗霞申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所