CN102515513A - 一种Er3+/Ce3+共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法，该玻璃的摩尔百分比组分为：TeO₂：65～80mol％、Bi₂O₃：5～15mol％、TiO₂：5～15mol％、SiO₂：0～12mol％或B₂O₃：0～4.5mol％、Er₂O₃：0.1～1.0mol％、Ce₂O₃：0～2.0mol％，本发明以常规的声子能量低、稀土离子溶解度大的重金属TeO₂为玻璃主要组分，同时加入一定量的重金属Bi₂O₃组分以及TiO₂组分，以提高玻璃的形成能力和物化稳定性，在给定的Er³⁺/Ce³⁺离子掺杂浓度基础上，再通过引入适量高声子能量SiO₂或B₂O₃组分，来控制玻璃基质的最大声子能量分布，使其更好地匹配于Er³⁺/Ce³⁺离子间能量传递过程中存在的能量失配，从而使得Er³⁺/Ce³⁺离子间处于一种更为有效的能量传递状态，进而再次有效提高了玻璃中掺杂Er³⁺离子1.55μm波段的荧光发射强度，同时具有较宽的荧光谱宽。

Description

一种Er3+/Ce3+共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于光纤放大器的玻璃及其制备技术，尤其是涉及一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法。

背景技术

稀土Er³⁺离子掺杂的碲酸盐玻璃作为第三通信窗口(～1.55μm)的激光增益介质已引起人们的广泛关注和研究。相对于传统的石英玻璃，碲酸盐玻璃的最大特点在于掺杂Er³⁺离子在1.55μm波段处具有更大的受激发射截面，以及对稀土Er³⁺离子具有更好的溶解性，非常适合作为C+L波段(1530～1610nm)宽带、紧凑型掺Er³⁺光纤放大器的基质材料。

为实现高输出功率和低噪声系数的放大，工作于1.55μm波段的掺Er³⁺光纤放大器大都采用980nm波长的泵浦方案。然而，对于常规组分的掺Er³⁺碲酸盐玻璃而言，980nm的泵浦效率并不是十分理想，原因主要在于碲酸盐玻璃基质的声子能量较低(一般在750cm^-1左右)，这样使得抽运到泵浦能级(⁴I_11/2)上的Er³⁺离子很难通过多声子弛豫过程快速返回到亚稳态能级(⁴I_13/2)参与1.55μm波段荧光发射，从而导致该能级上的Er³⁺离子出现激发态吸收现象(即再次吸收泵浦光子跃迁到更高能级)。激发态吸收现象的存在不可避免地消耗掉了入射的一部分泵浦光子，使得入射泵浦光不能有效地转化成为1.55μm波段荧光。因此，为了抑制激发态吸收提高1.55μm波段荧光发射强度，必须尽可能加快⁴I_11/2能级上的Er³⁺离子向⁴I_13/2能级的无辐射跃迁速率。目前，采取的方案主要是在掺Er³⁺碲酸盐玻璃中引入能量接受离子，例如引入Ce³⁺离子进行共掺，利用Er³⁺离子⁴I_11/2能级与Ce³⁺离子²F_5/2能级间的能量传递过程(Er³⁺:⁴I_11/2+Ce³⁺:²F_5/2→Er³⁺:⁴I_13/2+Ce³⁺:²F_7/2)，来提高Er³⁺离子⁴I_11/2→⁴I_13/2能级间的无辐射跃迁速率。

然而，稀土Ce³⁺离子的4f组态仅由基态²F_5/2和激发态²F_7/2两个能级组成。掺Er³⁺/Ce³⁺碲酸盐玻璃中Ce³⁺离子由基态²F_5/2到激发态²F_7/2的光谱吸收峰位于2150cm^-1和2400cm^-1附近，而Er³⁺离子由泵浦能级⁴I_11/2到亚稳态能级⁴I_13/2的光谱发射峰大约在3600cm^-1处。显然，Ce³⁺离子²F_5/2→²F_7/2能级间的吸收光谱和Er³⁺离子⁴I_11/2→⁴I_13/2能级间的发射光谱并非理想的相互重叠，存在着大约1200～1450cm^-1的能量失配ΔE，这个能量失配ΔE需要由玻璃基质声子参与来补偿。因此，掺Er³⁺/Ce³⁺碲酸盐玻璃中Er³⁺/Ce³⁺离子之间的能量传递是一种非共振的能量传递过程，即是一种基于声子辅助的能量传递过程。显然，该能量传递过程的传递速率不仅取决于进行能量传递的参与者：施主Er³⁺离子和受主Ce³⁺离子的掺杂浓度(决定了两者相互作用距离)，而且还取决于起到桥梁作用的玻璃基质声子：最大声子能量(决定了参与的声子数)。

因此，如何在现有的Er³⁺/Ce³⁺离子掺杂浓度配比基础上，通过控制碲酸盐玻璃基质的最大声子能量大小，使其匹配于Er³⁺/Ce³⁺离子间能量传递过程中存在的能量失配ΔE，就有望使掺杂的Er³⁺/Ce³⁺离子间达到一种更为有效的能量传递状态，从而再次有效提高Er³⁺离子1.55μm波段的荧光发射强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有合适的最大声子能量分布，使其匹配于Er³⁺/Ce³⁺离子间能量传递过程中存在的能量失配，从而在给定的Er³⁺/Ce³⁺离子掺杂浓度下能使两者间处于一种更为有效的能量传递状态，能再次有效提高Er³⁺离子1.55μm波段的荧光发射强度的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其特征在于该玻璃的摩尔百分比组分为：

所述的TeO₂和所述的Er₂O₃的纯度均为99.99％，所述的Bi₂O₃、所述的TiO₂和所述的SiO₂的纯度均为99.9％。

所述的Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，所述的B₂O₃由H₃BO₃转换得到。

所述的Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％，所述的H₃BO₃的纯度为99.9％。

一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①按照下列的玻璃的摩尔百分比组分选定原料配方，然后根据所需制备的玻璃的总量计算出各原料的重量百分比，并称量各原料；

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、SiO₂、B₂O₃、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度为900～1100℃，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5～10分钟后进行均匀搅拌；搅拌20～25分钟后停止，再继续在900～1100℃的温度下熔制3～5分钟，以澄清熔制得到的玻璃熔液；在此，前后熔制时间与搅拌时间和需达到30分钟或以上；

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上；

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。

所述的步骤④中退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

所述的TeO₂和所述的Er₂O₃的纯度均为99.99％，所述的Bi₂O₃、所述的TiO₂和所述的SiO₂的纯度均为99.9％。

所述的Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，所述的B₂O₃由H₃BO₃转换得到。

所述的Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％，所述的H₃BO₃的纯度为99.9％。

与现有技术相比，本发明的优点在于以常规的声子能量低、稀土离子溶解度大的重金属氧化碲(TeO₂)为玻璃主要组分，同时加入一定量的重金属氧化铋(Bi₂O₃)组分以及氧化钛(TiO₂)组分，以提高玻璃的形成能力和物化稳定性，在给定的Er³⁺/Ce³⁺离子掺杂浓度基础上，再通过引入适当含量的高声子能量氧化硅(SiO₂)或氧化硼(B₂O₃)组分，来控制玻璃基质的最大声子能量分布，使其更好地匹配于Er³⁺/Ce³⁺离子间能量传递过程中存在的能量失配ΔE，从而使得Er³⁺/Ce³⁺离子间处于一种更为有效的能量传递状态，进而再次有效提高玻璃中掺杂Er³⁺离子1.55μm波段的荧光发射强度，同时具有较宽的1.55μm波段荧光谱宽。本发明的Er³⁺/Ce³⁺共掺碲铋钛玻璃透明稳定、物化性能优良，适合于作为C+L波段(1530～1610nm)宽带、紧凑型光纤放大器的增益基质。本发明方法采用普通的硅碳棒电炉熔制和马弗炉通火，制作过程中所采用的设备少且成本低，非常适合于实际生产中的应用。

附图说明

图1为实施例一、实施例三和实施例五所述的碲铋钛玻璃1.55μm波段的荧光谱；

图2为实施例一、实施例六和实施例七所述的碲铋钛玻璃1.55μm波段的荧光谱。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此具体实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃、TiO₂和SiO₂的纯度均为99.9％；在此，Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％。

在此具体实施例中，高声子能量组分SiO₂也可用其他高声子能量的氧化物替代，如B₂O₃等。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按78.75mol％的TeO₂、10mol％的Bi₂O₃、10mol％的TiO₂、0mol％的SiO₂、0.5mol％的Er₂O₃和0.75mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、SiO₂、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为900～1000℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5分钟后进行均匀搅拌；搅拌20分钟后停止，再继续在900～1000℃左右的温度下熔制5分钟左右，进行澄清。

在实际熔制过程中，前后熔制时间与搅拌时间和需达到30分钟或以上，这样能够得到熔制均匀的玻璃熔液。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例二：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃、TiO₂和SiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按75.75mol％的TeO₂、10mol％的Bi₂O₃、10mol％的TiO₂、3mol％的SiO₂、0.5mol％的Er₂O₃和0.75mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、SiO₂、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000～1100℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制10分钟后进行均匀搅拌；搅拌21分钟后停止，再继续在1000～1100℃左右的温度下熔制3分钟左右，进行澄清。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例三：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃、TiO₂和SiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按72.75mol％的TeO₂、10mol％的Bi₂O₃、10mol％的TiO₂、6mol％的SiO₂、0.5mol％的Er₂O₃和0.75mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、SiO₂、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000～1100℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分钟后进行均匀搅拌；搅拌22分钟后停止，再继续在1000～1100℃左右的温度下熔制4分钟左右，进行澄清。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例四：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃、TiO₂和SiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按69.75mol％的TeO₂、10mol％的Bi₂O₃、10mol％的TiO₂、9mol％的SiO₂、0.5mol％的Er₂O₃和0.75mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、SiO₂、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000～1100℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制6分钟后进行均匀搅拌；搅拌23分钟后停止，再继续在1000～1100℃左右的温度下熔制5分钟左右，进行澄清。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例五：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃、TiO₂和SiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按66.75mol％的TeO₂、10mol％的Bi₂O₃、10mol％的TiO₂、12mol％的SiO₂、0.5mol％的Er₂O₃和0.75mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、SiO₂、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000～1100℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5分钟后进行均匀搅拌；搅拌24分钟后停止，再继续在1000～1100℃左右的温度下熔制4分钟左右，进行澄清。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例六：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃和TiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％；B₂O₃由H₃BO₃转换得到，H₃BO₃的纯度为99.9％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按77.25mol％的TeO₂、10mol％的Bi₂O₃、10mol％的TiO₂、1.5mol％的B₂O₃、0.5mol％的Er₂O₃和0.75mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、B₂O₃、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000～1100℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5分钟后进行均匀搅拌；搅拌23分钟后停止，再继续在1000～1100℃左右的温度下熔制5分钟左右，进行澄清。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例七：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃和TiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％；B₂O₃由H₃BO₃转换得到，H₃BO₃的纯度为99.9％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按75.75mol％的TeO₂、10mol％的Bi₂O₃、10mol％的TiO₂、3mol％的B₂O₃、0.5mol％的Er₂O₃和0.75mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、B₂O₃、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000～1100℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分钟后进行均匀搅拌；搅拌24分钟后停止，再继续在1000～1100℃左右的温度下熔制4分钟左右，进行澄清。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例八：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃和TiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％；B₂O₃由H₃BO₃转换得到，H₃BO₃的纯度为99.9％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按74.25mol％的TeO₂、10mol％的Bi₂O₃、10mol％的TiO₂、4.5mol％的B₂O₃、0.5mol％的Er₂O₃和0.75mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、B₂O₃、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000～1100℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制9分钟后进行均匀搅拌；搅拌25分钟后停止，再继续在1000～1100℃左右的温度下熔制3分钟左右，进行澄清。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

对上述各个实施例中由步骤④制备得到的透明的Er³⁺/Ce³⁺共掺碲铋钛玻璃样品进行研磨抛光，制成10mm×10mm×1mm的样品，在激光二极管980nm波长泵浦下分别对各个样品进行荧光谱测试和分析。图1给出了实施例一、实施例三和实施例五所述的碲铋钛玻璃1.55μm波段的荧光谱，图2为实施例一、实施例六和实施例七所述的碲铋钛玻璃1.55μm波段的荧光谱，图1和图2中a.u.表示任意单位。

实施例一、实施例二、实施例三、实施例四和实施例五的碲铋钛玻璃都引入了高声子能量组分SiO₂，但实施例一的碲铋钛玻璃引入的高声子能量组分SiO₂的摩尔百分比为0，由荧光谱测试和分析可知，在给定的Er³⁺/Ce³⁺离子掺杂浓度基础上，通过引入高声子能量组分SiO₂，进行玻璃基质声子能量的优化处理后，实施例二、实施例三、实施例四和实施例五的碲铋钛玻璃中的Er³⁺离子1.55μm波段荧光发射积分强度分别提高了8％、13％、61％和50％左右。而引入高声子能量组分B₂O₃的实施例六、实施例七和实施例八的碲铋钛玻璃中的Er³⁺离子1.55μm波段荧光发射积分强度分别提高了36％、17％和11％左右。

实施例二、实施例三、实施例四、实施例五、实施例六、实施例七和实施例八的碲铋钛玻璃的Er³⁺离子1.55μm波段荧光半高宽分别为64nm、63nm、64nm、67nm、61nm、65nm和65nm，是传统的石英玻璃基质的2倍左右，与实施例一的碲铋钛玻璃相比，分别展宽了8nm、7nm、8nm、11nm、5nm、9nm和9nm，从而使该种碲铋钛玻璃在C+L波段宽带放大器领域具备了极好的应用前景。

实施例九：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃、TiO₂和SiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按80mol％的TeO₂、9.3mol％的Bi₂O₃、5mol％的TiO₂、5mol％的SiO₂、0.2mol％的Er₂O₃和0.5mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、SiO₂、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1050℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分钟后进行均匀搅拌；搅拌20分钟后停止，再继续在1050℃左右的温度下熔制5分钟左右，进行澄清。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例十：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃、TiO₂和SiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按68mol％的TeO₂、5mol％的Bi₂O₃、15mol％的TiO₂、9mol％的SiO₂、1mol％的Er₂O₃和2mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、SiO₂、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1080℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分钟后进行均匀搅拌；搅拌23分钟后停止，再继续在1080℃左右的温度下熔制3分钟左右，进行澄清。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例十一：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃和TiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％；B₂O₃由H₃BO₃转换得到，H₃BO₃的纯度为99.9％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按68mol％的TeO₂、15mol％的Bi₂O₃、13mol％的TiO₂、2mol％的B₂O₃、0.7mol％的Er₂O₃和1.3mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、B₂O₃、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制10分钟后进行均匀搅拌；搅拌24分钟后停止，再继续在1000℃左右的温度下熔制5分钟左右，进行澄清。由于搅拌后刚玉坩埚的四周边上会有一些玻璃熔液，因此在搅拌后继续熔制一会儿以使刚玉坩埚的四周边上的玻璃熔液流下达到稳定。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

实施例十二：

本实施例提出的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为：

在此实施例中，TeO₂和Er₂O₃的纯度均为99.99％，Bi₂O₃和TiO₂的纯度均为99.9％；Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％；B₂O₃由H₃BO₃转换得到，H₃BO₃的纯度为99.9％。

制备上述的Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下：

①按68mol％的TeO₂、15mol％的Bi₂O₃、11mol％的TiO₂、4.2mol％的B₂O₃、0.9mol％的Er₂O₃和0.9mol％的Ce₂O₃配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、B₂O₃、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1020℃左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制10分钟后进行均匀搅拌；搅拌25分钟后停止，再继续在1020℃左右的温度下熔制4分钟左右，进行澄清。由于搅拌后刚玉坩埚的四周边上会有一些玻璃熔液，因此在搅拌后继续熔制一会儿以使刚玉坩埚的四周边上的玻璃熔液流下达到稳定。

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250℃左右。

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(T_g)10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

Claims (9)

1.一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其特征在于该玻璃的摩尔百分比组分为：

。

2.根据权利要求1所述的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其特征在于所述的TeO₂和所述的Er₂O₃的纯度均为99.99％，所述的Bi₂O₃、所述的TiO₂和所述的SiO₂的纯度均为99.9％。

3.根据权利要求1或2所述的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其特征在于所述的Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，所述的B₂O₃由H₃BO₃转换得到。

4.根据权利要求3所述的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃，其特征在于所述的Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％，所述的H₃BO₃的纯度为99.9％。

5.一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①按照下列的玻璃的摩尔百分比组分选定原料配方，然后根据所需制备的玻璃的总量计算出各原料的重量百分比，并称量各原料；

②将所称量的分析纯的TeO₂、Bi₂O₃、TiO₂、SiO₂、B₂O₃、Er₂O₃和Ce₂O₃粉末状原料混合均匀后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度为900～1100℃，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5～10分钟后进行均匀搅拌；搅拌20～25分钟后停止，再继续在900～1100℃的温度下熔制3～5分钟，以澄清熔制得到的玻璃熔液； 

③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上；

④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。

6.根据权利要求5所述的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于所述的步骤④中退火的过程为：先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度10℃下的马弗炉中保温2小时，然后再以10℃/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100℃左右。

7.根据权利要求5或6所述的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于所述的TeO₂和所述的Er₂O₃的纯度均为99.99％，所述的Bi₂O₃、所述的TiO₂和所述的SiO₂的纯度均为99.9％。

8.根据权利要求7所述的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于所述的Ce₂O₃由Ce₂(CO₃)₃转换得到，所述的B₂O₃由H₃BO₃转换得到。

9.根据权利要求8所述的一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于所述的Ce₂(CO₃)₃的纯度为99.99％，所述的H₃BO₃的纯度为99.9％。 

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