CN101508526B - 铋掺杂锗锌硼基光学玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铋掺杂锗锌硼基光学玻璃及其制备方法。其特征在于该玻璃的摩尔百分比组成如下：GeO2：25～40；B2O3：15～39；ZnO：35～65；Bi2O3：0.1～5；该玻璃熔融温度相对与石英玻璃明显降低，具有能够覆盖1000nm～1600nm范围通讯波段的超宽带的光学性能，有望在超宽带光学放大器、高功率激光器，可调谐激光器等技术领域得到应用。
Description
技术领域
本发明涉及光学玻璃，特别是一种掺铋的锗硼锌基光学玻璃，该玻璃能够发近红外通讯波段荧光，具有长的荧光寿命，宽的增益带宽，适合作为增益介质应用于光学放大器和/或激光器。
背景技术
1998年3月4日，三菱电线工业株式会社的藤本靖等人申请了题为“掺秘石英玻璃、光纤及光放大器制造方法”的专利(特许公开平11-29334)。他们利用铋交换的沸石作为分散介质，综合sol-gel方法和高温熔融法，空气下制备了掺五价铋离子Bi5+的石英玻璃、拉制出相应的光纤、实现了800nm泵浦下的1.3μm处的光放大。这种玻璃的荧光峰值位于1130nm附近，最大的荧光半高宽为250nm，最大的荧光寿命为650μs，受激发射截面大约为1.0×10-20cm2。2001年2月22日，藤本靖等人又申请了题为“光纤及光放大器”(特许公开2002-252397)，其基本的玻璃组成为：Al2O3-SiO2-Bi2O3，于1750℃空气下熔制，拉制出相应的光纤、实现了0.8μm泵浦下的1.3μm处的光放大。2001年12月13日，2002年6月18日，2002年12月25日，日本板硝子株式会社的岸本正一等连续申请了题为“红色玻璃及其透明微晶玻璃”、“光放大玻璃光纤”、“红外发光材料及光放大介质”的专利(特许公开2003-183047，2004-20994，2003-283028)，其基本的玻璃组成为Al2O3-SiO2。相应产品呈现红或棕红色；红色玻璃经晶化处理后其颜色未有明显改变，但其耐热性及机械强度等性质明显增强；用位于400-850nm区域的泵浦波长泵浦，能够得到最强峰位于1000-1600nm区间的荧光，并且能够实现波长在1000-1400nm间的光放大。2001年，Fujimoto与Nakatsuka在Jpn.J.App.Phys.，40，(2001)L279一文报道了在1760℃高温下于空气下制备五价铋离子Bi5+掺杂的Al2O3-SiO2玻璃，大量的气泡存在使得其在红外区的透过率降低至~30％左右，这在很大程度上限制了这种SiO2基玻璃的实际应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述石英玻璃的熔融温度较高的缺点，提供一种掺秘锗锌硼基光学玻璃及其制备方法，该玻璃熔融温度相对于石英玻璃明显降低，因而熔融体的粘度降低、消除气泡的影响就会更容易实现，而且具有覆盖1000nm~1600nm范围通讯波段的超宽带的光学性能，有望在超宽带光学放大器、高功率激光器，可调谐激光器等技术领域得到应用。
本发明提供铋掺杂锗锌硼基玻璃，由下列摩尔百分比的组成：
GeO2 25~40mol％
B2O3 15~39mol％
ZnO 35~59mol％
Bi2O3 0.1~5mol％
本发明提供的铋掺杂锗锌硼基玻璃通过下列工艺步骤制得：
(1)、按下列配方备料后，然后在混合均匀。
GeO2 25~40mol％
B2O3 15~39mol％
ZnO 35~59mol％
Bi2O3 0.1~5mol％
(2)、将上述混合料升温至1250~1400℃，保温45分钟~3小时，使原料熔融成液态；
(3)、然后将上述熔体快速倾倒在一不锈钢板上并用另一块钢板压平，转移到退火炉中，在550℃下退火3小时后，随炉自然冷却到室温，取出即得该铋掺杂锗锌硼基玻璃。
本发明与制备掺铋离子的石英玻璃方法相比，具有如下突出的优点：
该玻璃除了具有能够覆盖1000nm~1600nm范围通讯波段的超宽带的光学性能，其熔融温度相对于石英玻璃明显降低，玻璃熔制过程中熔融液体粘度降低，因而熔融成型过程中玻璃中的缺陷和瑕疵(如气泡等)相对于石英玻璃较少。
具体实施方式
下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)、按摩尔百分比组成：40GeO2-15B2O3-44.9ZnO2-0.1Bi2O3，称取原料共20g，并将上述原料研磨混合均匀后，置入铂金坩埚中；
(2)、将上述装料的铂金坩埚中放入1350℃的高温炉中，加热保温60分钟，使原料熔融成液态，以便于彻底消除气泡，然后将熔体快速倾倒在一块不锈钢板上并用另一块钢板压平，转移到退火炉中于550℃下退火3小时后，随炉自然冷却到室温，取出即得具有红外超宽带发光性能的铋掺杂的锗锌硼基玻璃，该玻璃在800nm的激光泵浦下会产生荧光，荧光中心位于1300nm附近，荧光半高宽超过200nm。
实施例2
(1)、按摩尔百分比组成：30GeO2-25B2O3--44ZnO2-1Bi2O3，称取原料共20g，并将上述原料研磨混合均匀后，置入铂金坩埚中；
(2)、将上述装料的铂金坩埚中放入置于1300℃的高温炉中，加热保温120分钟，使原料熔融成液态，以便于彻底消除气泡，然后将熔体快速倾倒在一块不锈钢板上并用另一块钢板压平，转移到退火炉中于550℃下退火3小时后，随炉自然准却到室温，取出即得具有红外超宽带发光性能的铋掺杂的锗锌硼基玻璃，该玻璃在800nm的激光泵浦下会产生荧光，荧光中心位于1300nm附近，荧光半高宽超过250nm。
实施例3
(1)、按摩尔百分比组成：25GeO2-45B2O3-25ZnO2-5Bi2O3，称取原料共20g，并将上述原料研磨混合均匀后，置入铂金坩埚中；
(2)、将上述装料的铂金坩埚中置于1450℃的高温炉中，加热保温45分钟，使原料熔融成液态，以便于彻底消除气泡，然后将熔体快速倾倒在一块不锈钢板上并用另一块钢板压平，转移到退火炉中于550℃下退火3小时后，随炉自然冷却到室温，取出即得具有红外超宽带发光性能的铋掺杂的锗锌硼基玻璃，该玻璃在800nm的激光泵浦下会产生荧光，荧光中心位于1300nm附近，荧光半高宽超过250nm。
Claims (2)
1.一种铋掺杂锗锌硼基光学玻璃，其特征在于该玻璃的摩尔百分比组成如下：
GeO2 25～40mol％
B2O3 15～39mol％
ZnO 35～59mol％
Bi2O3 0.1～5mol％。
2.根据权利要求1所述一种铋掺杂锗锌硼基光学玻璃的制备方法，其特征在于通过下列工艺步骤制得：
(1)、根据玻璃组成和含量，按GeO2：25～40；B2O3：15～39；ZnO：35～59；Bi2O3：0.1～5配比称量各原料，然后研磨混合均匀；
(2)、将上述混合料在1300～1450℃，保温45～120分钟，使原料熔融成液态，然后浇铸到金属平板上并压平；
(3)、将得到的玻璃转移到退火炉中550℃退火处理3小时，随炉自然冷却到室温，得到铋掺杂的锗锌硼玻璃。
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