一種近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及玻璃的制備領域，特別涉及一種近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 鉍摻雜光纖是一類新型有源玻璃光纖，具有寬帶近紅外發光，可以實現紅外1-1. 6 微米波段可調諧激光輸出。目前報道的鉍光纖為鉍摻雜石英光纖，采用金屬有機物化學氣 相淀積法（MOCVD)制備。但這種制備方法必須在超過2000度的高溫下進行，否則石英無法 軟化，不能制得光纖。如此高的溫度將會導致鉍大量揮發，所以制得的鉍石英光纖，鉍摻雜 濃度低，僅有50ppm，增益低，熒光半高寬一般在100~150nm，很難突破200nm。這或許是因 為鉍濃度極低時鉍團簇離子發光基團無法形成的緣故。鉍石英光纖增益低，利用短光纖無 法實現激光振蕩，不利于器件小型化、集約化；熒光半高寬窄，將使得激光可調諧的波長范 圍窄，同時不利于實現超短脈沖激光的實現。如何實現鉍高濃度摻雜是目前困擾鉍光纖的 難題。解決的途徑之一是采用多組分玻璃制備光纖。多組分玻璃可以在較低溫度制備，這 樣可將光纖制備溫度降下來，有效避免鉍揮發，實現鉍高摻雜。但研究發現，鉍摻雜多組分 玻璃在二次受熱軟化，拉成光纖時，鉍近紅外發光通常會消失。發現在二次受熱軟化時，能 夠穩定鉍價態的玻璃組分是關鍵。然而目前沒有這方面的報道。
【發明內容】
[0003] 為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種近紅外發光鉍 摻雜多組分玻璃，在二次受熱軟化時，玻璃能夠穩定鉍近紅外發光中心。
[0004] 本發明的另一目的在于提供上述近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法。
[0005] 本發明的目的通過以下技術方案實現：
[0006] -種近紅外發光祕摻雜多組分玻璃，各氧化物組分的摩爾百分比為：
[0007]
[0008] -種近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，包括以下步驟：
[0009] (1)按各氧化物組分的摩爾百分比稱取原料：
[0010]
[0011] (2)將步驟（1)稱取的化合物原料研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下預燒；
[0012] (3)將步驟（2)預燒后的樣品取出，研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下熔化、攪拌、 均化、澄清，得到玻璃熔體；熔制溫度為1000~1350°C，熔制時間為0. 5~2小時；
[0013] (4)將步驟（3)得到的玻璃熔體傾倒在模具上，自然冷卻、固化后，移至退火爐中 退火，消除殘余應力，制得近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃。
[0014] 步驟⑴所述預燒，具體為：
[0015] 預燒溫度為400~700°C，時間為1~5小時。
[0016] 步驟⑷所述退火，具體為：
[0017] 在600~700°C退火，時間為1~5小時。
[0018] 與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：
[0019] (1)本發明的近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃可以在較低溫度1000~1300°C之間 制備，能有效避免祕揮發，可實現高濃度祕摻雜，摻雜濃度>5mol%，即大于50000ppm，遠高 于石英玻璃中鉍摻雜濃度~50ppm，摻雜濃度提高1000倍以上。
[0020] (2)本發明的近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃發光覆蓋950~1600nm，發光半高寬 >200nm，寬于祕摻雜石英光纖。
[0021] (3)本發明的近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃發光優異，在軟化溫度900~980°C再 次加熱，發光能夠保持，說明發光熱穩定好，這是目前其它鉍摻雜多組分玻璃所不具備的。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明的實施例制備的不同鑭含量的近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃的發 光圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0024] 實施例
[0025] 本實施例的近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃的制備過程如下：
[0026] (1)以氧化鑭、氧化紀、氧化镥、氧化鎵、氧化銦、氧化鎂、碳酸|丐、碳酸鎖、碳酸鋇、 氧化鉍、氧化鍺為原料，按表1中所述的摩爾組成稱量原料，控制總重為l〇〇g。
[0027] (2)將步驟⑴稱取的化合物原料研磨混勻后，置于坩堝，按照表1中所述的工藝 參數進行預燒；
[0028] (3)將步驟（2)預燒后的樣品取出，研磨混勻后，置于坩堝，按照表1中所述的工藝 參數在空氣下進行熔制，熔制過程中進行攪拌、均化、澄清，去除氣泡、提高玻璃均勻性；
[0029] (4)將步驟⑶中玻璃熔體快速傾倒在模具上，自然冷卻、固化后，移至退火爐，按 照表1中所述的工藝參數進行退火，消除殘余應力，制得玻璃樣品。
[0030] 表1本實施例制備的玻璃樣品的組成、工藝參數及發光情況
[0031]
[0033] 本實施例制備的玻璃均透明且無氣泡，祕摻雜濃度均高于5mol %，即50000ppm， 遠高于祕摻雜石英光纖的50ppm。圖1為本實施例制備的不同鑭含量玻璃的發光圖，由圖可 知，玻璃在950-1600nm具有發光，鑭含量0%時，對應組分11. 00Ga203-17. OOBaO-6. OOBi2O3-66. OOGeO2，發光峰位位于1234nm，發光半高寬242nm ;鑭含量2 %時，對應組分2. OOLa2O3-I I. 00Ga203-17. OOBaO-6. 00Bi203-64. OOGeO2，發光峰位位于 1224nm，發光半高寬 238nm ;鑭含 量 6 % 時，對應組分 6. OOLa2O3-IL 00Ga203-17. OOBaO-6. 00Bi203-60.0 OGeO2，發光峰位位于 1206nm，發光半高寬234nm。隨鑭含量增加，發光峰藍移，半高寬變窄，但均寬于200nm。本 實施例制備的玻璃的發光均寬于鉍摻雜石英光纖。
[0034] 本實施例制備的玻璃在軟化溫度900~980°C下熱處理，玻璃保持透明，無析晶， 具有950-1600nm發光。
[0035] 上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃，其特征在于，各氧化物組分的摩爾百分比為： LibOi 0~6.00% Y,〇3 0~6.00% Lu20 30~6.00% Ga203 9.00 ~13.00% ln203 9.00-13.00% MgO 10.01-17.00% CaO 10.0卜17.00% SrO 10.0卜17.00% BaO 10.0卜17.00% Bi20；55.0卜10_00% Ge02 余量。2. -種近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 按各氧化物組分的摩爾百分比稱取原料： La：()3 0~6.00% Y：〇3 0-6.00% Lu20, 0~6.0C)% Ga辦9.00--13.00% ln；?0, 9.00 ~13.00% MgO 10.01-17.00% CaO 丨0_0卜17.00% SrO 10.0卜17.00% BaO 10.01-17.00% Bi20,. 5.0卜10.00% Ge02 余量； (2) 將步驟（1)稱取的化合物原料研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下預燒； (3) 將步驟（2)預燒后的樣品取出，研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下熔化、攪拌、均化、 澄清，得到玻璃熔體；熔制溫度為1000~1350°C，熔制時間為0. 5~2小時； (4) 將步驟（3)得到的玻璃熔體傾倒在模具上，自然冷卻、固化后，移至退火爐中退火， 消除殘余應力，制得近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃。3. 根據權利要求2所述的近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，其特征在于，步 驟（1)所述預燒，具體為： 預燒溫度為400~700°C，時間為1~5小時。4. 根據權利要求2所述的近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，其特征在于，步 驟（4)所述退火，具體為： 在600~700°C退火，時間為1~5小時。
【專利摘要】本發明公開了一種近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃，包括La2O3、Y2O3、Lu2O3、Ga2O3、In2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、Bi2O3、GeO2；本發明還公開了上述玻璃在玻璃近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法。本發明的近紅外發光鉍摻雜多組分玻璃，軟化溫度處理后，能保持寬帶近紅外發光，且不析晶、不失透，這是其它鉍摻雜多組分玻璃無法完成的；本發明玻璃發光覆蓋950～1600nm，發光半高寬>200nm，寬于鉍摻雜石英光纖，有望在多組分光纖、寬帶可調諧光纖激光、超短脈沖激光等領域獲得應用。
【IPC分類】C03C3/12, C03C4/12
【公開號】CN105016618
【申請號】CN201510424527
【發明人】彭明營, 鄭嘉裕
【申請人】華南理工大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月17日