CN101182118B - 碱金属镧铋镓酸盐红外光学玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱金属镧铋镓酸盐红外光学玻璃及其制备方法，该玻璃主要成分为：Bi2O3、Ga2O3、La2O3、R2O。其制备方法包括(1)将各组分粉末混合均匀，加热到1000℃-1300℃，并保持2～5小时；(2)将熔体倒入模子中，自然冷却；(3)成型的玻璃样品退火，在300℃～400℃温度下保持20～30小时，然后降温至室温。得到的玻璃有较宽的红外传输特性，传输范围可达到0.5-7μm，好的热稳定性，析晶温度和转变温度之差ΔT可达到150℃和较大的折射率，根据不同组分，折射率可达到2.4-2.5。应用于红外探测、光通信等光学领域。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃领域，尤其涉及一种碱金属镧铋镓酸盐红外光学玻璃及其制备方法。
背景技术
近年来，随着光通信、红外传感技术及红外光学的发展和光电子器件的广泛应用以及集成光学概念的提出，具有较宽的红外传输特性和较好的热稳定的光学玻璃成为人们研究的热点之一。
传统的石英光纤的传输波长一般不超过2.5μm，所以在中红外通信和探测方面受到限制。虽然传统的硅、锗玻璃制作工艺较为成熟，但是它们的传输光谱波长限制在4.5μm-5.5μm范围内。
碲酸盐玻璃具有红外传输波长可达到5.5μm，但其化学稳定性较差。氟化物玻璃和硫化物玻璃虽然也具有较宽的红外特性，但是其稳定性和制作条件苛刻，工艺较为复杂。
康宁公司的J.C.Lapp制作铋镓酸盐玻璃(K2O-Bi2O3-Ga2O3)红外透过范围可到7μm左右，但是其转变温度Tg＝379℃、结晶温度Tx＝459℃，它们之间差ΔT＝80℃，热稳定性相对较差。
随着红外探测技术和红外光通信等红外光学的发展，具有较宽的红外传输特性和较好的热稳定的光学玻璃越来越为人们所关注。
现有的红外传输玻璃都有各自的缺点，重金属氟化物玻璃具有宽的红外透过范围，但是在制作大尺寸或厚样品时容易析晶，氟化物玻璃和硫化物玻璃的化学稳定性较差，其制作工艺也较复杂。因此探索新型的红外玻璃无疑具有重要的现实意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种热稳定性好、制作工艺简单的碱金属镧铋镓酸盐红外光学玻璃及其制备方法。
本发明的一种碱金属镧铋镓酸盐红外光学玻璃，其主要成分为Bi2O3、Ga2O3、La2O3、R2O；其中R2O为Na2O和/或K2O；其摩尔份数组成如下：
Bi2O3 35--65
Ga2O3 25--45
La2O3 5--15
R2O 5--20。
上述组分还可以掺杂1摩尔份数的Er2O3。
所述碱金属镧铋镓酸盐红外光学玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)将各组分粉末混合均匀，加热到1000℃-1300℃，并保持2～5小时；
(2)将熔体倒入模子中，自然冷却；
(3)成型的玻璃样品退火，在300℃～400℃温度下保持20～30小时，然后降温至室温。
作为优选，步骤(1)中，混合均匀后的组分移至铂金坩埚，通过电炉加热。
步骤(2)中，所述模子为不锈钢模子。
步骤(3)中，将成型玻璃样品放入马弗炉中退火。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)有较宽的红外传输特性，为0.5μm到7μm；
(2)良好的化学稳定性；
(3)良好的热稳定性，Tx-Tg约150℃；
(4)折射率可达2.4-2.5；
(5)La2O3的加入，可以提高其他稀土离子的溶解度，减小稀土离子的浓度淬灭，在光放大方面有着极其重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例1的可见-红外透过率图。
图2为本发明实施例2的可见-红外透过率图。
图3为本发明实施例3的可见-红外透过率图。
图4为本发明实施例3的热分析图。
图5为本发明实施例4的可见-红外透过率图。
图6为本发明实施例5的可见-红外透过率图。
图7为本发明实施例6的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1、图2、图3、图5及图6中，当波长为3000nm左右，透过率降低，是由玻璃中含有OH根造成的。
实施例1
1)各成分摩尔组分为：35％Bi2O3，45％Ga2O3，10％La2O3，10％K2O；
2)称取总量为50克，将其在研钵中混合均匀；
3)将2)中混合均匀的粉末移至铂金坩埚中，放近电炉中加热至1200℃，并保持3小时；
4)将熔体倒入不锈钢模子中，自然冷却，然后放入马弗炉中退火，退火过程采用程序控制，在400℃温度下保持24小时，然后降温至室温；
5)将玻璃样品经切割、精磨、抛光为20×20×2mm样品。
6)采用Meticon Model 2010 Prism Coupler波导分析仪测试其折射率为2.41。
7)采用SDT Q600热重分析仪测试热学性质，析晶温度和转变温度之差ΔT约130℃。
8)采用Cary 5000紫外可见近红外光度计和Nicolet 6700红外光谱分析仪测试其
红外透过率如图1所示。其红外传输范围为0.45μm到7.1μm。
实施例2
各成分摩尔组分为：40％Bi2O3，42％Ga2O3，8％La2O3，10％Na2O；
按实施例1制备方法，步骤3)的温度控制在1000℃，并保持5个小时；步骤4)中退火温度为300℃，保持20小时。得到的红外光学玻璃的折射率为2.414，析晶温度和转变温度之差ΔT约130℃，其红外透过率如图2所示，其红外传输范围为0.46μm到7.2μm。
实施例3
各成分摩尔组分为：45％Bi2O3，30％Ga2O3，5％La2O3，10％K2O，10％Na2O；
按实施例1制备方法，步骤3)的温度控制在1300℃，并保持2个小时；步骤4)中退火温度为350℃，保持30小时。得到的红外光学玻璃的折射率为2.42，析晶温度和转变温度之差ΔT约150℃。红外透过率如图3所示，其红外传输范围为0.5μm到7.2μm。热重测试示意图如图4所示。
实施例4
各成分摩尔组分为：65％Bi2O3，25％Ga2O3，5％La2O3，5％K2O；
按实施例1制备方法，得到的红外光学玻璃的折射率为2.43，析晶温度和转变温度之差ΔT约150℃。红外透过率如图5所示，其红外传输范围为0.5μm到7.3μm。
实施例5
各成分摩尔组分为：35％Bi2O3，45％Ga2O3，15％La2O3，5％Na2O；
按实施例1制备方法，得到的红外光学玻璃的折射率为2.40，析晶温度和转变温度之差ΔT约150℃。红外透过率如图6所示，其红外传输范围为0.5μm到7.0μm。
实施例6
各成分摩尔组分为：49％Bi2O3，35％Ga2O3，5％La2O3，10％K2O，掺1％Er2O3。
按实施例1制备方法，得到的红外光学玻璃的折射率为2.42，析晶温度和转变温度之差ΔT约150℃。在980 nm激光泵浦条件下，测试其1.5μm荧光光谱图如图7所示。
Claims (5)
1.一种碱金属镧铋镓酸盐红外光学玻璃，其特征在于其成分为Bi2O3、Ga2O3、La2O3、R2O以及Er2O3；其中R2O为Na2O和/或K2O；其摩尔份数组成如下：
2.权利要求1所述碱金属镧铋镓酸盐红外光学玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将各组分粉末混合均匀，加热到1000℃-1300℃，并保持2～5小时；
(2)将熔体倒入模子中，自然冷却；
(3)成型的玻璃样品退火，在300℃～400℃温度下保持20～30小时，然后降温至室温。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(1)中，混合均匀后的组分移至铂金坩埚，通过电炉加热。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于步骤(2)中，所述模子为不锈钢模子。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(3)中，将成型玻璃样品放入马弗炉中退火。
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