CN108840565B - 一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108840565B
CN108840565B CN201810685777.4A CN201810685777A CN108840565B CN 108840565 B CN108840565 B CN 108840565B CN 201810685777 A CN201810685777 A CN 201810685777A CN 108840565 B CN108840565 B CN 108840565B
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass
laser
rare earth
preparation
earth doped
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.)
Active
Application number
CN201810685777.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108840565A (zh
Inventor
张勤远
王伟超
李丽秀
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.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
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 South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201810685777.4A priority Critical patent/CN108840565B/zh
Publication of CN108840565A publication Critical patent/CN108840565A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108840565B publication Critical patent/CN108840565B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/23—Silica-free oxide glass compositions containing halogen and at least one oxide, e.g. oxide of boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/0071—Compositions for glass with special properties for laserable glass

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法，该玻璃的摩尔百分比组成范围为：TeO2：60‑95%，BaF2：5‑15%，BaO：5‑15%，La2O3：3‑10%，Tm2O3：0.05‑0.5%。本发明的玻璃通过熔融冷却法制备，所得玻璃具有优异的热稳定性、较低的声子能量、较高的稀土溶解度、较宽的红外透过范围。在808 nm激光二极管泵浦下，能够在玻璃中获得2.3μm发光，适合于2.3μm掺稀土激光玻璃、玻璃光纤和光纤激光器的制备和应用。

Description

一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及激光玻璃领域，具体涉及一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法。
背景技术
近年来，发射波长在2.3μm波段的掺Tm3+光纤激光器引起了人们极大的关注，这是因为大气污染物如CO、CH4和HF等在2.3μm波段附近存在很强的吸收，因此可以用于大气传感领域。比如，它可以探测浓度低至10ppm的CO。另外，2.3μm波段激光还可以广泛应用于塑料和高分子材料加工、光谱学以及无损医疗手术等领域。由此可见，2.3μm波段光纤激光器在生物医疗、材料加工、人眼安全激光雷达、泵浦源和超连续谱产生等领域都有十分重要的应用价值。
2.3μm波段激光最初是通过掺Tm3+晶体实现的，对应的激光跃迁为3H4→3H5。1975年，Caird等人在掺Tm3+钇铝石榴石(YAG)和铝酸钇(YAlO3)晶体中实现了2.3μm波段激光输出。然而，由于晶体存在制备困难、稀土掺杂量小、价格昂贵等缺点，因此限制了它的应用。因此人们开始将目光转向稀土掺杂玻璃光纤，特别是声子能量较低的氟化物玻璃。1988年，Esterowitz等首次在氟锆酸盐玻璃(ZBLAN)光纤中获得了2.3μm波段激光输出，激光阈值为2mJ。此后，2.3μm波段脉冲激光、连续激光和调谐激光相继在掺Tm3+氟锆酸盐玻璃光纤中实现。2010年，El-Agmy和Al-Hosiny获得了输出功率高达150mW的2.3μm波段激光输出，代表了2.3μm波段光纤激光器的最高水平。尽管如此，氟化物玻璃较差的化学稳定性、较低的玻璃转变温度以及苛刻的制备条件也限制了它在2.3μm波段激光输出上的进一步应用和发展。
申请人发现，与氟化物相比，碲酸盐玻璃由于具有较低的声子能量、较大的稀土掺杂量、较高的玻璃转变温度、玻璃形成区较大、折射率高、吸收发射截面大等一系列优点，因此也有可能成为2.3μm波段激光输出的玻璃基质材料。在制备工艺上，碲酸盐玻璃比氟化物更容易制备，工艺加工过程方便可控，这为2.3μm波段碲酸盐激光玻璃光纤的制备奠定了坚实的基础。然而，目前国内外对实现2.3μm波段发光碲酸盐玻璃的研究还很少报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法，该玻璃具有优异的热稳定性、较低的声子能量、较高的稀土溶解度、较宽的红外透过范围，在808nm激光二极管泵浦下能够获得2.3μm发光。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃，该玻璃的摩尔百分比组成为：TeO260-95％，BaF2 5-15％，BaO 5-15％，La2O3 3-10％和Tm2O3 0.05-0.5％。
优选的，所述BaO由BaCO3引入。
以上所述的一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据以上所述玻璃各组成计算出相应玻璃组成化合物的重量，准确称取所有原料并均匀混合，形成配合料；
(2)将步骤(1)所得配合料放入坩埚中熔化，然后搅拌玻璃液，随后通入高纯氮气鼓泡，之后进行气氛保护、澄清、均化，然后将熔制好的玻璃液浇注到预热的模具中；
(3)将步骤(2)成型的玻璃快速平稳的移入到预热的马弗炉中保温，马弗炉的温度为玻璃转变温度(Tg)以下10-50℃，随后将马弗炉冷却至室温，完全冷却后取出玻璃样品。
优选的，步骤(2)所述熔化的温度为850-900℃。
优选的，步骤(2)所述熔化的时间为30-60min。
优选的，步骤(2)所述搅拌玻璃液的时间为5-15min。
优选的，步骤(2)所述通入高纯氮气鼓泡的时间为5-15min。
优选的，步骤(2)所述气氛保护、澄清、均化的时间为20-30min。
优选的，步骤(2)中，总的熔化时间为1-1.5h。
优选的，步骤(3)所述保温的时间为2-3h。
优选的，步骤(3)所述冷却的速率为10℃/h。
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
本发明通过Tm3+离子掺杂，可以获得2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃，该玻璃在中红外区域具有高的透过率和较低的羟基吸收系数，声子能量低，热稳定性参数△T大于100℃。在808nm激光二极管泵浦下可以获得2.3μm发光，适合于2.3μm掺稀土激光玻璃、玻璃光纤和光纤激光器的制备和应用。
附图说明
图1为实施例1所获得的2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃的差热曲线图。
图2为实施例1所获得的2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃的荧光光谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例与附图对本发明的实施方式进行进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃的8个具体实施例的玻璃成分如表1所示：
表1
Figure BDA0001711636420000041
实施例1-5：
组成如表1实施例1-5所示，具体制备过程如下：
按照表1中实施例1-5玻璃组成的摩尔百分比计算出五种化合物的质量，准确称取20g配合料并混合均匀，将配合料放入坩埚中于850℃熔化30min，分别搅拌鼓泡各5min，气氛保护(高纯氮气)20min后将玻璃液浇注在预热温度为200℃的模具中，成型后迅速将其移入预热到350℃的马弗炉中，保温2h后以10℃/h的冷却速率将马弗炉冷却至室温，完全冷却后取出玻璃样品。
对该玻璃样品的测试结果如下：
取出退火后的玻璃样品，将部分样品敲碎后放入玛瑙研钵中研磨成粉末状进行差热分析测试。本发明实施例1的2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃的差热曲线如图1所示。
把退火后的玻璃样品切割成10×10×1.5mm的薄片，对玻璃片进行两大面抛光并测试玻璃的荧光光谱。本发明实施例1的2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃的荧光光谱如图2所示。
实验表明，本发明实施例1-5所得玻璃样品可以获得2.3μm荧光输出，同时玻璃具有很高的透明度和较宽的红外透过范围，羟基吸收系数低，玻璃中无析晶或分相的存在，其物化性能优异，热稳定性参数大于100℃，非常适合光纤拉制。
实施例6-8：
组成如表1中实施例6-8所示，具体制备过程如下：
按照表1中实施例6-8玻璃组成的摩尔百分比计算出五种化合物的质量，准确称取20g配合料并混合均匀，将配合料放入坩埚中于900℃熔化30min，分别搅拌鼓泡各15min，气氛保护(高纯氮气)30min后将玻璃液浇注在预热温度为200℃的模具中，成型后迅速将其移入预热到350℃的马弗炉中，保温3h后以10℃/h的冷却速率将马弗炉冷却至室温，完全冷却后取出玻璃样品。
对该玻璃的测试结果如下：
取出退火后的玻璃样品，将部分样品敲碎后放入玛瑙研钵中研磨成粉末状进行差热分析测试。
把退火后的玻璃样品切割成10×10×1.5mm的薄片，测试其傅里叶红外透射光谱，然后在808nm激光二极管泵浦下测试样品的中红外荧光光谱。
上述实施例测试表明，所有样品都能够获得具有实施例1的2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃的图1和图2的差热曲线和荧光光谱类似的结果。实验表明，该玻璃样品可以获得2.3μm荧光输出，同时玻璃具有很高的透明度和较宽的红外透过范围，羟基吸收系数低，玻璃中无析晶或分相的存在，其物化性能优异，热稳定性参数大于100℃，非常适合光纤拉制，适合于2.3μm激光玻璃、玻璃光纤和光纤激光器的制备和应用。

Claims (1)

1.一种2.3 μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃，其特征在于，该玻璃的摩尔百分比组成为：TeO2 60%，BaF2 15%，BaO 15%，La2O3 10%和Tm2O3 0.05%；所述激光玻璃具体的制备方法为：按照上述玻璃组成的摩尔百分比计算出五种化合物的质量，准确称取20g配合料并混合均匀，将配合料放入坩埚中于850℃熔化30min，分别搅拌鼓泡各5min，高纯氮气气氛保护20min后将玻璃液浇注在预热温度 为200℃的模具中，成型后迅速将其移入预热到350℃的马弗炉中，保温2h后以10℃/h的冷却速率将马弗炉冷却至室温，完全冷却后取出玻璃样品，所述玻璃在808nm激光二极管泵浦下可以获得2.3μm发光，无析晶或分相的存在，热稳定性参数大于100℃。
CN201810685777.4A 2018-06-28 2018-06-28 一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法 Active CN108840565B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810685777.4A CN108840565B (zh) 2018-06-28 2018-06-28 一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810685777.4A CN108840565B (zh) 2018-06-28 2018-06-28 一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108840565A CN108840565A (zh) 2018-11-20
CN108840565B true CN108840565B (zh) 2021-05-14

Family

ID=64200691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810685777.4A Active CN108840565B (zh) 2018-06-28 2018-06-28 一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108840565B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113429129A (zh) * 2021-06-24 2021-09-24 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种低羟基氟碲酸盐红外光学玻璃及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1209309C (zh) * 2003-11-07 2005-07-06 中国科学院上海光学精密机械研究所 氧氟碲酸盐玻璃及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108840565A (zh) 2018-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Manzani et al. Orange emission in Pr3+-doped fluoroindate glasses
Tang et al. Tm 3+ doped lead silicate glass single mode fibers for 2.0 μm laser applications
CN102211872A (zh) 3μm发光掺稀土离子氟磷酸盐激光玻璃及其制备方法
Song et al. Broadband~ 1.8 µm emission characteristics of Tm3+-doped bismuth germanate glass based on Ga2O3 modification
CN102674690A (zh) 3μm掺稀土离子的铋锗酸盐激光玻璃及其制备方法
CN111377609A (zh) 一种室温下具有中红外3.9 μm发光特性的透明玻璃的制备方法
CN107640893B (zh) 一种高掺铒中红外碲锗酸盐玻璃及制备方法
Zhan et al. Enhanced 2.7 μm emission of Er/Pr-codoped water-free fluorotellurite glasses
Xu et al. Structure and optical properties of Er‐doped CaO‐Al2O3 (Ga2O3) glasses fabricated by aerodynamic levitation
Lakshminarayana et al. Fluorescence features of Tm3+-doped multicomponent borosilicate and borotellurite glasses for blue laser and S-band optical amplifier applications
Tang et al. Silicate-clad highly Er3+/Yb3+ co-doped phosphate core multimaterial fibers
CN108840565B (zh) 一种2.3μm发光掺稀土碲酸盐激光玻璃及其制备方法
Saeed et al. Novel Er3+ doped heavy metals-oxyfluorophosphate glass as a blue emitter
Li et al. Visible-infrared luminescence of Er3+-doped fluorotellurite glasses
Roy et al. Growth and characterization of Er-doped KPb2Cl5 as laser host crystal
Zaiter et al. Effect of potassium or yttrium introduction in Yb3+-doped germano-gallate glasses on the structural, luminescence properties and fiber processing
CN102557430B (zh) 一种高损伤阈值激光窗口材料的制备方法
Ma et al. Increased radiative lifetime of Tm3+: 3F4→ 3H6 transition in oxyfluoride tellurite glasses
CN101481212B (zh) 2μm低磷含量氟磷酸盐激光玻璃及其制备方法
Wang et al. Preparation and spectral characteristics of Tm 3+/Ho 3+ co-doped TeO 2–B 2 O 3–BaO glass
CN105000801A (zh) 一种透紫外、高损伤阈值氟磷酸盐激光玻璃及其制备方法
Hong et al. Energy transfer process of Eu 3+ ions doped in tellurite glass
CN105271727A (zh) 铒掺杂中红外发光氟锆锌基玻璃及其制备方法
Zheng et al. Composition-dependent optical transitions and 2.0 μm emission properties of Ho3+ in xGeO2-(80–x) TeO2-9.5 ZnF2-10NaF-0.5 Ho2O3 glasses
CN108751697A (zh) 一种高浓度稀土掺杂碲钨镧玻璃及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant