CN102503145A - 钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102503145A
CN102503145A CN2011103299986A CN201110329998A CN102503145A CN 102503145 A CN102503145 A CN 102503145A CN 2011103299986 A CN2011103299986 A CN 2011103299986A CN 201110329998 A CN201110329998 A CN 201110329998A CN 102503145 A CN102503145 A CN 102503145A
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass
hours
warming
furnace
nano crystalline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011103299986A
Other languages
English (en)
Inventor
陈力
于春雷
陈伟
胡丽丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN2011103299986A priority Critical patent/CN102503145A/zh
Publication of CN102503145A publication Critical patent/CN102503145A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

一种钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法，其特点在于该玻璃的摩尔百分比组成为：SiO2：45～55mol％，Al2O3：18-25mol％，MgO：18-25mol％，TiO2：4-8mol％，ZrO2：1.5-3.5mol％，Yb2O3：0.05-0.8mol％，Er2O3：0.05-0.4mol％，CoO：0.1-1mol％。该纳米微晶玻璃的制备方法包括①称量原料、②化料、③退火和④微晶化步骤，获得透明的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃经测试表明，该纳米微晶玻璃可用作1.5xμm波段的自调Q材料。

Description

钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法
技术领域
本发明属于无机非金属类光电信息与功能材料，涉及一种可作为1.5μm波段的自调Q材料的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法。
背景技术
自调Q激光材料具有结构紧凑、表面反射损耗低和使激光器件的设计和应用更为简便等优点，其特点在于将增益离子与可饱和吸收离子同时掺杂到基质材料中，使得激光材料兼具受激辐射与可饱和吸收两重性，从而实现自调Q运行。目前已实现了以Nd3+离子(参见在先技术1：Dong，J.，P.Z.Deng，et al.，Laser-diode-pumped Cr4+，Nd3+：YAG with self-Q-switched laser output of 1.4 W，Opt.Lett.，2000，25(15)：1101-1103.)和Yb3+离子(参见在先技术2：Su，L.B.，J.Xu，et al.，Low-thresholddiode-pumped Yb3+，Na+：CaF2 self-Q-switched laser，Opt.Express，2005，13(15)：5635-5640.)作为增益离子的自调Q输出。
近年来，掺Co2+纳米微晶玻璃开始应用于1.54μm掺Er3+激光器的被动调Q，这类纳米微晶玻璃中含有析出的尖晶石结构(如：LGO，MALO和ZnAl2O4)纳米晶，Co2+进入纳米晶内由玻璃中的六配位转变为四配位，并成为实现调Q输出的可饱和吸收中心。与掺Co2+晶体相比，掺Co2+纳米微晶玻璃具有更大的基态吸收截面，更容易实现被动调Q输出。从已获得的输出来看，比掺Co2+晶体更为优异，如脉宽达到70ns、调Q效率可达18％。(参见在先技术3：VOLK Y V，MALYAREVICH A M，YUMASHEV K V，et al.Passive Q-switching of erbium glass laser by magnesiumaluminosilicate sitall with cobalt ions[J].J Appl Spectrosc，2007，74(1)：140-146.)。
要获得1.5xμm波段的自调Q激光输出，需要将Er3+离子和Co2+离子同时掺杂到基质材料中，并且Co2+离子需进入纳米晶中形成四配位。以目前的商用9xxnmLD作为泵浦源，Yb3+离子可作为Er3+离子的敏化离子。掺Co2+微晶玻璃的前驱玻璃以硅酸盐为主，微晶玻璃中的玻璃相为硅酸盐，并且Yb3+和Er3+离子的离子半径较大，分别为86.8pm和89pm，因而较难进入尖晶石纳米晶中。因此含尖晶石纳米晶的微晶玻璃可作为Yb3+、Er3+离子与Co2+离子共掺的基质材料，从而实现自调Q运行。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术现状，提供一种可作为1.5xμm波段的自调Q材料的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法，以克服现有技术的不足。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种钴镱铒共掺纳米微晶玻璃，其特点在于该玻璃的摩尔百分比组成为：SiO2：45～55mol％，Al2O3：18-25mol％，MgO：18-25mol％，TiO2：4-8mol％，ZrO2：1.5-3.5mol％，Yb2O3：0.05-0.8mol％，Er2O3：0.05-0.4mol％，CoO：0.1-1mol％。
所述的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
①称量原料：按权利要求1所述的玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃各成分的重量，然后称取原料，混合均匀；
②化料：将混合料放入坩埚中，置于1550～1600℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为2～8小时；
③退火：玻璃浇出后放入已升温至玻璃转变温度(Tg)附近的马弗炉中，保温3小时后，以10℃/小时的降温速率降至200℃，再随炉冷却至室温；
④微晶化：将退火后的玻璃升温至730～830℃保温8～16小时，然后继续升温至860～980℃保温2～8小时，最后随炉冷却至室温，获得纳米微晶玻璃。
经测试表明，本发明的纳米微晶玻璃，钴离子进入了尖晶石纳米晶中形成四配位，而镱和铒离子仍处在硅酸盐玻璃相中，使得钴镱铒共掺纳米微晶玻璃兼具铒离子的受激辐射与钴离子的可饱和吸收两重性，从而实现自调Q运行。该纳米微晶玻璃可用作1.5xμm波段的自调Q材料。
附图说明
图1为本发明实施例4#所获得的钴镱铒共掺基质玻璃和纳米微晶玻璃的吸收光谱，样品厚度为1mm。
图2为本发明实施例4#制备的纳米微晶玻璃的XRD衍射图谱。经与标准衍射图谱进行比对，析出的晶相为MgAl2O4或CoAl2O4。
具体实施方式
下面结合附图和表1的具体实施例对本发明进行详细说明。
表1是本发明钴镱铒共掺纳米微晶玻璃实施例的玻璃组成及玻璃转变温度和热处理工艺参数
Figure BDA0000102388370000031
实施例1#至6#，玻璃基体的组成不同，Yb2O3和Er2O3的含量逐渐增加，熔制工艺完全相同，其方法如下：
●按基质玻璃组成的摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取原料，混合均匀；
●将混合料放入坩埚中，置于1600℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为6小时。
●玻璃浇出后放入已升温至730℃的马弗炉中，保温3小时后，以10℃/小时的降温速率降至200℃，再随炉冷却至室温。
1#实施例的热处理工艺，如下：
将基质玻璃升温至820℃保温8小时，然后继续升温至950℃，保温5小时，最后随炉冷却至室温，制备得到纳米微晶玻璃，晶粒平均尺寸为10纳米。
2#实施例的热处理工艺，其具体方法如下：
将基质玻璃升温至810℃保温8小时，然后继续升温至950℃，保温5小时，最后随炉冷却至室温。制备得到纳米微晶玻璃，晶粒平均尺寸为11纳米。
3#实施例的热处理工艺，其具体方法如下：
将基质玻璃升温至800℃保温8小时，然后继续升温至950℃，保温5小时，最后随炉冷却至室温。制备得到纳米微晶玻璃，晶粒平均尺寸为12纳米。
4#实施例的热处理工艺，其具体方法如下：
将基质玻璃升温至790℃保温8小时，然后继续升温至930℃，保温5小时。制备得到纳米微晶玻璃，晶粒平均尺寸为10纳米。基质玻璃和纳米微晶玻璃的吸收光谱如图1所示，与基质玻璃相比，纳米微晶玻璃的吸收光谱在1.1～1.7μm之间发生了改变，为四配位钴离子和铒离子吸收光谱的叠加。纳米微晶玻璃的XRD衍射图谱如图2所示，析出的纳米晶为MgAl2O4或CoAl2O4。
5#实施例的热处理工艺，其具体方法如下：
将基质玻璃升温至780℃保温8小时，然后继续升温至930℃，保温5小时，最后随炉冷却至室温。制备得到纳米微晶玻璃，晶粒平均尺寸为15纳米。
6#实施例的热处理工艺，其具体方法如下：
将基质玻璃升温至770℃保温8小时，然后继续升温至910℃，保温3小时，最后随炉冷却至室温。制备得到纳米微晶玻璃，晶粒平均尺寸为21纳米。
实施例7#的熔制工艺，其方法如下：
●按基质玻璃组成的摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取原料，混合均匀；
●将混合料放入坩埚中，置于1550℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为2小时。
●玻璃浇出后放入已升温至710℃的马弗炉中，保温3小时后，以10℃/小时的降温速率降至200℃，再随炉冷却至室温。
7#实施例的热处理工艺，其具体方法如下：
将基质玻璃升温至750℃保温16小时，然后继续升温至900℃，保温2小时，最后随炉冷却至室温。制备得到纳米微晶玻璃，晶粒平均尺寸为20纳米。
实施例8#的熔制工艺，其方法如下：
●按基质玻璃组成的摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取原料，混合均匀；
●将混合料放入坩埚中，置于1550℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为8小时。
●玻璃浇出后放入已升温至720℃的马弗炉中，保温3小时后，以10℃/小时的降温速率降至200℃，再随炉冷却至室温。
8#实施例的热处理工艺，其具体方法如下：
将基质玻璃升温至750℃保温16小时，然后继续升温至920℃，保温4小时，最后随炉冷却至室温。制备得到纳米微晶玻璃，晶粒平均尺寸为25纳米。
实施例9#的熔制工艺，其方法如下：
●按基质玻璃组成的摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取原料，混合均匀；
●将混合料放入坩埚中，置于1550℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为6小时。
●玻璃浇出后放入已升温至730℃的马弗炉中，保温3小时后，以10℃/小时的降温速率降至200℃，再随炉冷却至室温。
9#实施例的热处理工艺，其具体方法如下：
将基质玻璃升温至780℃保温8小时，然后继续升温至920℃，保温8小时，最后随炉冷却至室温。制备得到纳米微晶玻璃，晶粒平均尺寸为19纳米。
1#-3#和5#-9#实施例的基质玻璃和纳米微晶玻璃的吸收光谱与4#实施例的基质玻璃和纳米微晶玻璃的吸收光谱类似，与基质玻璃相比，纳米微晶玻璃的吸收光谱在1.1～1.7μm之间发生了改变，为四配位钴离子和铒离子吸收光谱的叠加。1#-3#和5#-9#实施例的纳米微晶玻璃的XRD衍射图谱与4#实施例的纳米微晶玻璃的XRD衍射图谱类似，析出的纳米晶为MgAl2O4或CoAl2O4。
最后所说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照最佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (2)

1.一种钴镱铒共掺纳米微晶玻璃，其特征在于该玻璃的摩尔百分比组成为：SiO2：45～55mol％，Al2O3：18-25mol％，MgO：18-25mol％，TiO2：4-8mol％，ZrO2：1.5-3.5mol％，Yb2O3：0.05-0.8mol％，Er2O3：0.05-0.4mol％，CoO：0.1-1mol％。
2.权利要求1所述的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
①称量原料：按权利要求1所述的玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃各成分的重量，然后称取原料，混合均匀；
②化料：将混合料放入坩埚中，置于1550～1600℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为2～8小时；
③退火：玻璃浇出后放入已升温至玻璃转变温度(Tg)附近的马弗炉中，保温3小时后，以10℃/小时的降温速率降至200℃，再随炉冷却至室温；
④微晶化：将退火后的玻璃升温至730～830℃保温8～16小时，然后继续升温至860～980℃保温2～8小时，最后随炉冷却至室温，获得纳米微晶玻璃。
CN2011103299986A 2011-10-26 2011-10-26 钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法 Pending CN102503145A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103299986A CN102503145A (zh) 2011-10-26 2011-10-26 钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103299986A CN102503145A (zh) 2011-10-26 2011-10-26 钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102503145A true CN102503145A (zh) 2012-06-20

Family

ID=46215296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011103299986A Pending CN102503145A (zh) 2011-10-26 2011-10-26 钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102503145A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102992624A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 中国科学院福建物质结构研究所 钴铒双掺玻璃陶瓷自调q激光材料及其制备
CN103030300A (zh) * 2013-01-17 2013-04-10 中国科学院上海光学精密机械研究所 铒钕离子共掺杂中红外2.7μm发光的碲钠基微晶玻璃
CN106082676A (zh) * 2016-06-06 2016-11-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 掺钐、镱的红外吸收高铝硅酸盐微晶玻璃
CN106082677A (zh) * 2016-06-06 2016-11-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101045998A (zh) * 2007-04-30 2007-10-03 山东大学 掺杂钙钽镓石榴石晶体的制备方法和用途
US20080207425A1 (en) * 2003-06-19 2008-08-28 Elop Electro-Optics Industries Ltd. Glass ceramics for laser systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080207425A1 (en) * 2003-06-19 2008-08-28 Elop Electro-Optics Industries Ltd. Glass ceramics for laser systems
CN101045998A (zh) * 2007-04-30 2007-10-03 山东大学 掺杂钙钽镓石榴石晶体的制备方法和用途

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
戴能利 等: "Er3+单掺及Er3+/Yb3+共掺Si02-Al203-La203玻璃光谱性质研究", 《光子学报》, vol. 32, no. 1, 31 January 2003 (2003-01-31), pages 112 - 115 *
陈力 等: "掺钴La203-Mg0-A1203-Si02透明微晶玻璃的制备及吸收特性", 《硅酸盐学报》, vol. 38, no. 11, 30 November 2010 (2010-11-30), pages 2075 - 2079 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102992624A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 中国科学院福建物质结构研究所 钴铒双掺玻璃陶瓷自调q激光材料及其制备
CN102992624B (zh) * 2012-12-12 2017-07-14 中国科学院福建物质结构研究所 钴铒双掺玻璃陶瓷自调q激光材料及其制备
CN103030300A (zh) * 2013-01-17 2013-04-10 中国科学院上海光学精密机械研究所 铒钕离子共掺杂中红外2.7μm发光的碲钠基微晶玻璃
CN106082676A (zh) * 2016-06-06 2016-11-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 掺钐、镱的红外吸收高铝硅酸盐微晶玻璃
CN106082677A (zh) * 2016-06-06 2016-11-09 中国科学院上海光学精密机械研究所 掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃及其制备方法
CN106082677B (zh) * 2016-06-06 2018-04-13 中国科学院上海光学精密机械研究所 掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃及其制备方法
CN106082676B (zh) * 2016-06-06 2018-04-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 掺钐、镱的红外吸收高铝硅酸盐微晶玻璃

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106396414B (zh) 一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法
TWI235139B (en) Tantalum containing glasses and glass ceramics
Lu et al. Effect of La2O3 addition on crystallization and properties of Li2O–Al2O3–SiO2 glass-ceramics
JP5825911B2 (ja) 希土類アルミノホウケイ酸ガラス組成物
TW567174B (en) Transparent gallate glass-ceramics
CN102603194B (zh) 析出β-NaGdF4纳米晶的稀土掺杂微晶玻璃及其制备方法
CN102066273A (zh) 含稀土元素的玻璃材料和基板以及包括这种基板的器件
CN102503145A (zh) 钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法
US20140243182A1 (en) Glass-ceramic composition and method for manufacturing the same
CN101265029B (zh) 一种稀土掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法
CN102765883B (zh) 一种钇铝石榴石微晶玻璃的制备方法
Sasaki et al. Structural origin of additional infrared transparency and enhanced glass-forming ability in rare-earth-rich borate glasses without B–O networks
Salinigopal et al. Synthesis and characterization of 50BaO-(5-x) Al2O3-xR2O3-30B2O3-15SiO2 (R= Nd, Gd) glass-ceramics
CN102659319A (zh) 氟氧化物玻璃陶瓷及其制备方法
Ruan et al. Bi3+-sensitized La2Zr2O7: Er3+ transparent ceramics with efficient up/down-conversion luminescence properties for photonic applications
CN109516679A (zh) 一种稀土离子掺杂微晶玻璃的中红外发光材料及其制备方法
Mishra et al. Effect of Pb++/Sr++ ratio on physical, structural, and mechanical properties of (Pb-Sr) TiO3 borosilicate glass ceramics
CN101817636A (zh) 一种铋掺杂硅铝钙光学玻璃及其制备方法
CN102030476A (zh) 含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃及其制备方法
Riello et al. Erbium-doped LAS glass ceramics prepared by spark plasma sintering (SPS)
Mao et al. Crystallization control in Ni2+‐doped glass‐ceramics for broadband near‐infrared luminesce
CN105399332A (zh) 一种铒镱共掺铌酸盐透明玻璃陶瓷及其制备方法
Reben et al. Influence of fluorine on thermal properties of lead oxyfluoride glass
CN101597138B (zh) 一种析出LiAl5O8纳米晶的微晶玻璃及其制备方法
CN103159404A (zh) 2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120620