CN103011593A - 中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃 - Google Patents

Abstract

一种中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃，该玻璃的摩尔百分比组成范围为：TeO₂:55～65%，GeO₂:10～20%，ZnO:0～20%，Na₂O:0～5%，ZnF2：0～20%，NaF:0～5%，RE₂O₃：0.5～1%（RE为稀土元素：Er和Nd）。采用刚玉坩埚和硅碳棒电炉熔融方法制备。本发明玻璃透明且不易析晶，在2708nm附近红外透过率高，物理化学性质优良，稳定性参数ΔT≥140℃。在808nm波长的激光二极管泵浦下可以获得很强的中红外2.7μm荧光，适用于中红外2.7μm发光的铒离子掺杂的特种玻璃及光纤材料的制备及应用。

Description

中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃

技术领域

本发明涉及一种中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃。

背景技术

铒离子掺杂的2.7μm输出的固体激光器因其波长与水的吸收峰十分接近，近年来日益引起人们的关注，其在医疗外科手术、光通信、环境污染检测及人眼安全激光雷达技术等领域具有重要的应用。铒离子是通过⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁实现近2.7μm的荧光发射，但是由于下能级⁴I_13/2的寿命要比上能级⁴I_11/2的寿命长，因此不能得到有效的近3μm波长的荧光发射，通常通过引入其它稀土离子来降低Er³⁺离子的下能级寿命，从而得到有效的2.7μm的荧光发射。钕离子因其能级丰富，且与铒离子⁴I_13/2能级相接近能级丰富，有利于下能级⁴I_13/2上粒子能量转移，从而获得增强的2.7μm发光（参见在先技术H.Zhong,B.Chen,G.Ren,L.Cheng,L.Yao,and J.Sun,2.7umemission of Nd³⁺,Er³⁺codoped tellurite glass,J.Appl.Phys.2009,106(8),083114-3）。

铒离子作为2.7μm区域各种不同基质中激光的激活离子而得到了大量的研究。1967年在LiYF4晶体中首次报道了3μm的脉冲和连续激光输出。1988年，Pollack首次报道了Er掺杂的ZBLAN氟化物光纤中获得中心波长在2.78μm，输出能量为75J的激光输出。2008年，Zhu等在ZBLAN氟化物光纤中获得瓦级激光输出，之后研究者们相继获得近10瓦和在液冷条件下获得24瓦的激光输出。但是由于晶体难以制备大尺寸及稀土离子掺杂浓度低和ZBLAN玻璃的热稳定性和化学稳定性较差，限制了它们在2.7μm输出的应用。

重金属氧化物玻璃，如锗酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、铋酸盐玻璃，具有较低的声子能量，同时稀土离子溶解度高，折射率高，转变温度较高，且具有较好的红外透过性能。尤其是碲酸盐玻璃中掺入氟化物，简化熔制过程的同时提高其红外透过性能，为其作为铒离子2.7μm发光的实现提供了保障。目前国内外对实现中红外2.7μm发光碲氟化物玻璃的研究还未报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃，该玻璃具有优良的热稳定性，较好的红外透过性能，在808nm波长的激光二极管泵浦下能获得很强的中红外2.7μm荧光。

本发明具体的技术解决方案如下：

一种中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃，其特点在于它的摩尔百分比组成为：

RE为稀土元素：Er和Nd。

上述的中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃的制备方法，包括下列步骤：

①选定所述的玻璃组成及其摩尔百分比，计算出相应的各玻璃组成的重量，准确称取各原料，混合均匀形成混合料；

②将混合料放入刚玉坩埚中于1050～1150℃的硅碳棒电炉中熔化，熔化时间为15～20分钟；

③待混合料完全熔化后澄清10～15分钟，将玻璃液浇注在预热的模具中；

④将玻璃迅速移入到已升温至低于玻璃转变温度（T_g）10℃的马弗炉中，保温8～12小时，再以10℃/小时的速率降至室温，完全冷却后取出玻璃样品。

本发明的技术效果如下：

本发明中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃，通过向铒钕离子共掺杂碲酸盐玻璃中引入氟离子获得中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃，可以获得增强的中红外2.7μm发光，玻璃透明，无析晶，在中红外2.7μm附近红外透过率高，物理化学性质优良，稳定性参数ΔT≥140℃。在808nm波长的激光二极管泵浦下可以获得很强的中红外2.7μm荧光，适用于中红外2.7μm激光玻璃与光纤材料的制备及应用。

附图说明

图1为实施例1^#所获得的中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃的差热曲线。

图2为实施例1^#所获得的中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃的红外透过谱。

图3为实施例1^#所获得的中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃的在808nm波长的激光二极管泵浦下的荧光光谱。

图4为实施例1^#与实施例2所获得的中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃氟离子引入前后的在808nm波长的激光二极管泵浦下的荧光光谱对比图。

具体实施方式

本发明中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃的6个具体实施例的玻璃成分如表1所示：

表1：具体6个实施例的玻璃配方

实施例1^#:

组成如表1中1^#所示，具体制备过程如下：

按照表1中1^#玻璃组成的摩尔百分比，计算出相应的各组成的重量，称取各原料并混合均匀；将混合料放入刚玉坩埚中于1200℃的硅碳棒电炉中熔化15分钟，待配合料完全熔化后澄清15分钟，将玻璃液浇注在预热的模具中；将玻璃迅速移入到已升温至400℃的马弗炉中，保温10小时，再以10℃/小时的速率降至室温，完全冷却后取出玻璃样品。

对该玻璃的测试结果如下：

取退火后的少许样品，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析测试。本发明中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃的差热曲线如图1所示。

把退火后的样品加工成20×10×1.0mm的玻璃片并抛光，测试其红外透过谱，在808nm波长的激光二极管泵浦下测试其荧光光谱。本发明中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃的红外透过谱如图2所示。本发明中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃的在808nm波长的激光二极管泵浦下的荧光光谱如图3所示。实验表明，玻璃透明，无析晶，在中红外2.7μm附近红外透过率高，物理化学性质优良，稳定性参数ΔT≥140℃。在808nm波长的激光二极管泵浦下可以获得很强的中红外波段的2.7μm荧光。

实施例2^#:

组成如表1中2^#所示，具体制备过程如下：

按照表1中2^#玻璃组成的摩尔百分比，计算出相应的各组成的重量，称取各原料并混合均匀；将混合料放入刚玉坩埚中于1200℃的硅碳棒电炉中熔化15分钟，待配合料完全熔化后澄清15分钟，将玻璃液浇注在预热的模具中；将玻璃迅速移入到已升温至400℃的马弗炉中，保温10小时，再以10℃/小时的速率降至室温，完全冷却后取出玻璃样品。

对该玻璃的测试结果如下：

取退火后的少许样品，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析测试。

把退火后的样品加工成20×10×1.0mm的玻璃片并抛光，测试其红外透过谱，在808nm波长的激光二极管泵浦下测试其荧光光谱并与实施例1^#对比。本发明中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃中氟离子引入前后的荧光光谱对比图如图4所示。实验表明，氟离子引入后铒离子在2.7μm发光获得显著增强。

实施例3^#:

组成如表1中3^#所示，具体制备过程如下：

按照表1中3^#玻璃组成的摩尔百分比，计算出相应的各组成的重量，称取各原料并混合均匀；将混合料放入刚玉坩埚中于1200℃的硅碳棒电炉中熔化15分钟，待配合料完全熔化后澄清15分钟，将玻璃液浇注在预热的模具中；将玻璃迅速移入到已升温至400℃的马弗炉中，保温10小时，再以10℃/小时的速率降至室温，完全冷却后取出玻璃样品。

对该玻璃的测试结果如下：

取退火后的少许样品，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析测试。

把退火后的样品加工成20×10×1.0mm的玻璃片并抛光，测试其红外透过谱，在808nm波长的激光二极管泵浦下测试其荧光光谱。

实施例4^#到6^#:

组成如表1中4^#到6^#所示，具体制备过程如实施例1^#。

对该玻璃的测试结果如下：

取退火后的少许样品，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析测试。

把退火后的样品加工成20×10×1.0mm的玻璃片并抛光，测试其红外透过谱，在980nm波长的激光二极管泵浦下测试其荧光光谱。

上述实施例测试表明，都具有实施例1所获得的中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃的图1、图2和图3所示的差热曲线、红外透过谱和在808nm波长的激光二极管泵浦下的荧光光谱的类似结果。实验表明，本发明中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃透明，无析晶，在中红外2.7μm附近红外透过率高，物理化学性质优良，稳定性参数ΔT≥140℃。在808nm波长的激光二极管泵浦下可以获得很强的中红外2.7μm荧光，适用于中红外2.7μm激光玻璃与光纤材料的制备及应用。

Claims (1)

1.一种中红外2.7μm发光的铒钕离子共掺杂碲氟化物玻璃，其特征在于它的摩尔百分比组成为：

RE为稀土元素：Er和Nd。

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