CN103030274A - 中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃 - Google Patents

Abstract

一种中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃，该玻璃的摩尔百分比组成范围为：Bi₂O₃:43～48%，GeO₂:22～27%，Ga₂O₃:17～23%，MgO:0～10%,Na₂O:0～10%，Er₂O₃:0.2～3%。采用刚玉坩埚和硅碳棒电炉熔融方法制备。本发明玻璃在中红外2.7μm附近红外透过率高，物理化学性质优良，稳定性参数ΔT≥160℃。在980nm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重金属氧化物玻璃及光纤材料的制备及应用。

Description

中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃

技术领域

本发明涉及一种中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃。

背景技术

近年来，对于铒离子掺杂的中红外3μm输出的固体激光器因其波长与水的吸收峰十分接近，引起了人们的关注。因此，铒掺杂的3μm输出的固体激光器在遥感、测距、环境检测、生物工程和医疗以及用于新的中红外波段激光的抽运源方面都具有十分重要的应用价值。1967年在LiYF4晶体中首次报道了3μm的脉冲和连续激光输出。目前国内外对通过稀土掺杂晶体获得3μm输出的研究很多，但是晶体因大尺寸难以制备、稀土掺杂浓度小等缺点而限制了它的应用。而稀土掺杂的玻璃光纤能很好地避免晶体的这些缺点。1988年，Pollack首次报道了Er掺杂的ZBLAN氟化物光纤，由于Er³⁺:⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁，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，之后相继获得近10瓦的激光输出。此后，2009年Tokita等在ZBLAN中在液冷条件下获得24瓦激光输出。但是由于ZBLAN玻璃的热稳定性和化学稳定性较差，限制了它在3μm输出上的功率提高及应用。

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。这些性质为重金属氧化物玻璃作为铒离子中红外2.7μm发光的实现提供了保障。为了提高玻璃的稳定性，在铋酸盐玻璃中同时掺入氧化锗和氧化镓两种玻璃形成体，在保证低声子能量和提高玻璃稳定性的同时提高玻璃转变温度，且可以避免氧化铅的引入而对环境的重污染。目前国内外对实现中红外2.7μm发光锗镓铋酸盐玻璃的研究还未见报道。

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发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃，该玻璃具有优良的热稳定性，较好的红外透过性能，在980nm波长的激光二极管泵浦下能获得很强的中红外2.7μm荧光发射。

本发明具体的技术解决方案如下：

一种中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃，其特点在于它的摩尔百分比组成为：

上述的中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃的制备方法，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1200～1250℃的硅碳棒电炉中熔化，熔化时间为15～20分钟；

③降低熔化温度至1100～1150℃混合料熔化后向玻璃液中通入氧气管，作保护气氛和搅拌两种功能，20～25分钟后取出氧气管，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发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃，通过锗镓铋酸盐玻璃中引入稀土离子铒离子，可以获得很强的中红外2.7μm发光，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≥160℃。在980nm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发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃的红外透过谱。

图2为实施例1^#所获得的中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃的在980nm波长的激光二极管泵浦下的荧光发射光谱。

具体实施方式

本发明中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃的13个具体实施例的玻璃成分如表1所示：

表1：具体13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分钟后向完全熔化的玻璃液中通入氧气，温度将至1150℃，通气20分钟取出氧气管，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420℃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：

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。本发明中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃的红外透过谱如图1所示。本发明中红外2.7μm发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃的在980nm波长的激光二极管泵浦下的荧光光谱如图2所示。实验表明，玻璃在中红外2.7μm附近红外透过率高，物理化学性质优良，稳定性参数ΔT≥160℃。在980nm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。

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分钟后向完全熔化的玻璃液中通入氧气，温度将至1150℃，通气20分钟取出氧气管，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420℃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：

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。

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分钟后向完全熔化的玻璃液中通入氧气，温度将至1150℃，通气20分钟取出氧气管，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420℃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：

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。

实施例4^#到13^#:

组成如表1中4^#到13^#所示，具体制备过程如实施例1^#。

对该玻璃的测试结果如下：

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发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃的图1和图2所示的红外透过谱和在980nm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发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃在中红外2.7μm附近红外透过率高，物理化学性质优良，稳定性参数ΔT≥160℃。在980nm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发光铒离子掺杂锗镓铋酸盐玻璃，其特征在于该玻璃的摩尔百分比组成为：

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