CN113800761B - 抗光子暗化的硅酸盐玻璃、制备方法及单包层光纤制备 - Google Patents

抗光子暗化的硅酸盐玻璃、制备方法及单包层光纤制备 Download PDF

Info

Publication number
CN113800761B
CN113800761B CN202111093999.5A CN202111093999A CN113800761B CN 113800761 B CN113800761 B CN 113800761B CN 202111093999 A CN202111093999 A CN 202111093999A CN 113800761 B CN113800761 B CN 113800761B
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass
silicate glass
photodarkening
optical fiber
ions
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
CN202111093999.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113800761A (zh
Inventor
孙焰
王欣
胡丽丽
陈树彬
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 CN202111093999.5A priority Critical patent/CN113800761B/zh
Publication of CN113800761A publication Critical patent/CN113800761A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113800761B publication Critical patent/CN113800761B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01265—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting entirely or partially from molten glass, e.g. by dipping a preform in a melt
    • C03B37/01268—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting entirely or partially from molten glass, e.g. by dipping a preform in a melt by casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01211—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube
    • 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
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
    • C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/045—Silica-containing oxide glass compositions

Landscapes

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

Abstract

一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃及其单包层光纤的制备方法。该方法通过向Pr3+掺杂硅酸盐玻璃中引入一定量的铈变价离子，来抑制由488nm激光持续激发诱导的光子暗化。本发明硅酸盐玻璃的摩尔成分为：70～80mol％的SiO2，0～1mol％的Al2O3，0.1～5mol％的CaO，0.1～10mol％的Na2O，0.1～20mol％的K2O，0.1～20mol％的B2O3，0.1～3mol％的Pr2O3，0.1～3mol％的CeO2。本发明采用铂金坩埚制备玻璃液体，再将玻璃在预热的模具中冷却，然后放入马弗炉中退火。通过向Pr3+掺杂硅酸盐玻璃中引入一定量的铈变价离子后，X射线辐照和488nm激光辐照诱导的光子暗化现象被大幅抑制。

Description

抗光子暗化的硅酸盐玻璃、制备方法及单包层光纤制备
技术领域
本发明涉及稀土掺杂的可见激光玻璃光纤，特别是一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃及其单包层光纤的制备方法。
技术背景
掺Pr3+增益光纤中获得的可见激光，在显示技术、遥感探测、传感、超快激光光源、国防等领域具有重要应用前景。氟化物玻璃因具有较低的声子能量，而被广泛用于掺Pr3+增益基质，并获得可见激光输出，最高输出功率高达646mW。然而，氟化物玻璃的物理化学性质不稳定、机械强度差、成本高、制备难度大等缺点限制了其进一步的应用。
相反，氧化物玻璃具有制备工艺成熟、化学性质稳定、机械强度高等优势，是一种优良的增益材料基质。但是，在可见激光领域，Pr3+掺杂氧化物玻璃光纤至今未实现可见光波段的激光输出。主要原因是光子暗化效应。Pr3+离子在氧化物玻璃中4f5d能级较低，在蓝光的持续激发下，Pr3+离子连续吸收两个光子到达4f5d能级，进一步失去电子，导致光子暗化。
因此，如何抑制和解决Pr3+掺杂氧化物玻璃中的光子暗化问题成为国内外学者们的研究热点。同时，硅酸盐玻璃因具有机械强度高、物化性质稳定、局域晶体场强大等优势，而成为热门的氧化物玻璃基质。众所周知，铈等变价离子具有强烈的紫外吸收，具有与Pr3+离子发生能量传递的能力，从而能够抑制光子暗化。
本发明提出一种在硅酸盐玻璃中，通过引入铈变价离子，抑制Pr3+离子在玻璃及光纤中的光子暗化，并提供制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗光子暗化的硅酸盐光纤芯棒及其制备方法，该玻璃具有成本低、光学均匀性好、制备工艺成熟等优势，可用于可见激光玻璃光纤领域。
本发明的技术解决方案为：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃，该玻璃是掺杂稀土激活离子和变价元素的硅酸盐玻璃，所述的激活离子为镨离子，变价离子为铈离子该玻璃原料的摩尔百分比如下：
Figure BDA0003268620000000021
其中，Na2O和K2O分别由Na2CO3和K2CO3引入。
制备上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的含有稀土激活离子和变价元素的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为10～30min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1400～1500℃，所述的熔融时间为1～3h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温3～24h后，以0.1～10℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体；即获得所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃；
利用所述的抗光子暗化的硅酸盐制备抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤，该方法包括以下步骤：
①对所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃经过粗磨、细磨、抛光加工成玻璃棒，所述的玻璃棒为抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤预制棒芯棒，所述的芯棒直径为10～20mm，长度为1～100mm；
②将所述的玻璃棒放入硅酸盐玻璃套管中，采用管棒法制备得到单包层的光纤预制棒；
③采用高温拉丝塔对所述的单包层的光纤预制棒进行光纤拉制，获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤；
所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层光纤纤芯的直径为1～30μm。
本发明的技术效果：
本发明通过向组分为Pr3+掺杂硅酸盐玻璃中引入一定量的铈变价离子来抑制光纤中蓝光泵浦源引起的光子暗化过程，从而最终用于可见激光的氧化物玻璃光纤。另外，该硅酸盐玻璃相比氟化物玻璃具有成本低、光学均匀性好、物化性质稳定、机械强度高以及优异的抗X射线辐射性能等优势，能够被用于可见光激光增益介质中。
附图说明
图1为本发明实施例1#在X射线辐照后(总剂量为3kGy)的辐射诱导损耗。
图2为本发明实施例2#在X射线辐照后(总剂量为3kGy)的辐射诱导损耗。
图3为本发明实施例3#在X射线辐照后(总剂量为3kGy)的辐射诱导损耗。
图4为本发明实施例4#在X射线辐照后(总剂量为3kGy)的辐射诱导损耗。
图5为本发明实施例5#在X射线辐照后(总剂量为3kGy)的辐射诱导损耗。
图6为本发明实施例6#在X射线辐照后(总剂量为3kGy)的辐射诱导损耗。
图7为本发明实施例7#在X射线辐照后(总剂量为3kGy)的辐射诱导损耗。
图8为本发明实施例8#和实施例9#中在488nm单模激光持续激发下可见光输出功率随时间的变化规律。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明中抗光子暗化的硅酸盐玻璃及其单包层光纤纤芯9个实施例组分如下所示，
表1：9个实施例的玻璃配方
Figure BDA0003268620000000031
Figure BDA0003268620000000041
为了突出掺Pr3+硅酸盐玻璃中引入铈变价离子的抗暗化效果，实施例1#、实施例2#、实施例3#和实施例8#不引入所述铈变价离子。为了说明掺Pr3+硅酸盐玻璃中引入铈变价离子的含量对抗光子暗化效果的影响，实施例4#、实施例5#、实施例6#和实施例7#中含有一系列不同浓度的铈变价离子。
文献表明，X射线辐照对掺Pr3+硅酸盐玻璃产生的缺陷与244nm和488nm激光对掺Pr3+硅酸盐玻璃产生的缺陷一致。因此，在实施例1#、实施例2#、实施例3#、实施例4#、实施例5#、实施例6#和实施例7#中采用X射线对所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃片辐照来进抗光子暗化的实验说明。在实施例8#和实施例9#中采用488nm激光对所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤辐照来进行抗光子暗化的实验说明。
实施例1#：
原料组成如表1所示，具体制备过程如下：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃制备方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料500g，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为10min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1400℃，所述的熔融时间为1h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温3h后，以0.1℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃；将所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃抛光加工成1mm的玻璃片。
辐照诱导的损耗是评价光功能玻璃及光纤的一项重要指标，所述辐照诱导损耗是由辐照对玻璃产生的缺陷引起。如图1所示，实施例1#在X射线辐照后，所述X射线辐照的剂量为3kGy(单位换算公式为1Gy＝1J/kg)，在可见光波段产生了很高的额外损耗，所述辐照诱导的损耗在波长450nm处(Pr3+的吸收波长)高达2.9cm–1，严重影响了掺Pr3+硅酸盐玻璃在可见光波段的激光运转。
实施例2#：
原料组成如表1所示，具体制备过程如下：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃制备方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料500g，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为10min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1430℃，所述的熔融时间为1.5h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温5h后，以1℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃；将所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃抛光加工成1mm的玻璃片。
如图2所示，实施例2#在X射线辐照后，所述X射线辐照的剂量为3kGy，在可见光波段产生了很高的额外损耗，所述辐照诱导的损耗在波长450nm处(Pr3+的吸收波长)高达4.1cm–1，严重影响了掺Pr3+硅酸盐玻璃在可见光波段的激光运转。
实施例3#：
原料组成如表1所示，具体制备过程如下：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃制备方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料500g，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为10min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1420℃，所述的熔融时间为2h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温6h后，以2℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃；将所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃抛光加工成1mm的玻璃片。
如图3所示，实施例3#在X射线辐照后，所述X射线辐照的剂量为3kGy，在可见光波段产生了很高的额外损耗，所述辐照诱导的损耗在波长450nm处(Pr3+的吸收波长)高达3.46cm–1；严重影响了掺Pr3+硅酸盐玻璃在可见光波段的激光运转。
实施例1#、实施例2#和实施例3#的实验结果表明，所述硅酸盐玻璃在不引入铈变价离子时，X射线诱导的光子暗化现象较为严重。
实施例4#：
原料组成如表1所示，具体制备过程如下：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃制备方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料500g，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为10min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1440℃，所述的熔融时间为3h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温10h后，以5℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃；将所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃抛光加工成1mm的玻璃片。
如图4所示，实施例4#在X射线辐照后，所述X射线辐照的剂量为3kGy，在可见光波段产生了额外损耗，所述辐照诱导的损耗在波长450nm处(Pr3+的吸收波长)达到1.74cm–1；相比实施例1#，所述辐照诱导损耗降低了40％，凸显出了引入变价铈离子的抗光子暗化效果。
实施例5#：
原料组成如表1所示，具体制备过程如下：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃制备方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料500g，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为10min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1460℃，所述的熔融时间为3h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温20h后，以10℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃；将所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃抛光加工成1mm的玻璃片。
如图5所示，实施例5#在X射线辐照后，所述X射线辐照的剂量为3kGy，在可见光波段产生了额外损耗，所述辐照诱导的损耗在波长450nm处(Pr3+的吸收波长)降至0.56cm–1；相比实施例1#，所述辐照诱导损耗降低了80％，凸显出了引入变价铈离子的抗光子暗化效果。
实施例6#：
原料组成如表1所示，具体制备过程如下：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃制备方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料500g，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为30min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1470℃，所述的熔融时间为3h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温24h后，以10℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃；将所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃抛光加工成1mm的玻璃片。
如图6所示，实施例6#在X射线辐照后，所述X射线辐照的剂量为3kGy，在可见光波段产生了额外损耗，所述辐照诱导的损耗在波长450nm处(Pr3+的吸收波长)降至0.27cm–1；相比实施例1#，所述辐照诱导损耗降低了91％，凸显出了引入变价铈离子的抗光子暗化效果，且随着引入变价铈离子含量的增加，抗光子暗化的能力大幅提升。
实施例7#：
原料组成如表1所示，具体制备过程如下：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃制备方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料500g，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为30min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1480℃，所述的熔融时间为3h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温24h后，以5℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃；将所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃抛光加工成1mm的玻璃片。
如图7所示，实施例7#在X射线辐照后，所述X射线辐照的剂量为3kGy，在可见光波段产生了额外损耗，所述辐照诱导的损耗在波长450nm处(Pr3+的吸收波长)降至0.11cm–1；相比实施例1#，所述辐照诱导损耗降低了96％，凸显出了引入变价铈离子的抗光子暗化效果，且随着引入变价铈离子含量的增加，抗光子暗化的能力大幅提升。
实施例4#、实施例5#、实施例6#和实施例7#的实验结果表明，所述硅酸盐玻璃在引入铈变价离子后，抗光子暗化能力大幅提升，且随着引入所述铈变价离子含量增加，X射线诱导的损耗逐步下降，在所述浓度为1mol％时，抗光子暗化能力提升91％，在所述浓度为3mol％时，抗光子暗化能力提升96％。
实施例8#：
原料组成如表1所示，具体制备过程如下：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃及其单包层光纤的制备方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料500g，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为20min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1490℃，所述的熔融时间为3h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温24h后，以9℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃；
⑤对所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃经过粗磨、细磨、抛光加工成玻璃棒，所述的玻璃棒为抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤预制棒芯棒，所述的芯棒直径为20mm；
⑥将所述的玻璃棒放入硅酸盐玻璃套管中，采用管棒法制备得到单包层的光纤预制棒；
⑦采用高温拉丝塔对所述的单包层的光纤预制棒进行光纤拉制，获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤；
所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层光纤纤芯的直径为1～30μm。
如图8所示，采用488nm半导体激光器作为泵浦源对本实施例中光纤进行测试，所述激发光的功率密度为6.9μW/μm2，实时记录光纤的可见光输出功率，总激发时间为20min。本实施例中的光纤在488nm激发下，输出功率在前几秒内急速下降，随后稳定在最初输出功率的32％。该实验结果表明，未掺杂铈等变价离子的Pr3+硅酸盐玻璃光纤中在488nm蓝光的激发下的光子暗化现象较为严重。
实施例9#：
原料组成如表1所示，具体制备过程如下：
一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃及其单包层光纤的制备方法，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料500g，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为20min；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1500℃，所述的熔融时间为3h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温20h后，以10℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃；
⑤对所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃经过粗磨、细磨、抛光加工成玻璃棒，所述的玻璃棒为抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤预制棒芯棒，所述的芯棒直径为20mm；
⑥将所述的玻璃棒放入硅酸盐玻璃套管中，采用管棒法制备得到单包层的光纤预制棒；
⑦采用高温拉丝塔对所述的单包层的光纤预制棒进行光纤拉制，获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤；
所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层光纤纤芯的直径为1～30μm。
如图8所示，采用488nm半导体激光器作为泵浦源对本实施例中光纤进行测试，所述的激发光的功率密度为6.9μW/μm2，实时记录光纤的可见光输出功率，总激发时间为20min。本实施例中的光纤纤芯在488nm激发下，功率略微下降，直至20min后，光纤的输出功率稳定，并维持在最初输出功率的93％以上。此现象说明，掺Pr3+硅酸盐玻璃光纤中引入铈等变价离子后，所述抗光子暗化能力显著提升。
综上，通过向Pr3+掺杂硅酸盐玻璃中引入一定量的铈变价离子后，X射线辐照和488nm激光辐照诱导的光子暗化现象被大幅抑制。所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃对X射线的抗光子暗化能力提升90％以上；所述抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤对488nm激光的抗光子暗化能力提升63％以上。此掺镨硅酸盐玻璃在耐辐照可见光激光器中作为氧化物激光增益介质具有极高的应用前景。

Claims (5)

1.一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃，其特征在于，该玻璃是掺杂稀土激活离子和变价离子的硅酸盐玻璃，所述的激活离子为镨离子，变价离子为铈离子，该玻璃原料的摩尔百分比如下：
Figure FDA0003952513010000011
其中，Na2O和K2O分别由Na2CO3和K2CO3引入。
2.一种权利要求1所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的掺杂稀土激活离子和变价离子的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料；
②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1400～1500℃，所述的熔融时间为1～3h；
③将所述的玻璃液浇注在预热好的铁质模具上，得到透明且均匀的玻璃前驱体；
④将所述的玻璃前驱体转移至马弗炉中进行退火处理：退火温度为玻璃转变温度(Tg)，保温3～24h后，以0.1～10℃/h的降温速率降至室温，取出退火后的玻璃前驱体，即获得所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃。
3.根据权利要求2所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述步骤①中，研磨时间为10～30min。
4.利用权利要求1所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃制备单包层光纤的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
①对所述的抗光子暗化的硅酸盐玻璃经过粗磨、细磨、抛光加工成玻璃棒，所述的玻璃棒的芯棒直径为10～20mm；
②将所述的玻璃棒放入硅酸盐玻璃套管中，采用管棒法制备得到单包层的光纤预制棒；
③采用高温拉丝塔对所述的单包层的光纤预制棒进行光纤拉制，获得抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤。
5.根据权利要求4所述的制备单包层光纤的方法，其特征在于，步骤③得到的抗光子暗化的硅酸盐玻璃单包层的光纤的纤芯直径为1～30μm。
CN202111093999.5A 2021-09-17 2021-09-17 抗光子暗化的硅酸盐玻璃、制备方法及单包层光纤制备 Active CN113800761B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111093999.5A CN113800761B (zh) 2021-09-17 2021-09-17 抗光子暗化的硅酸盐玻璃、制备方法及单包层光纤制备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111093999.5A CN113800761B (zh) 2021-09-17 2021-09-17 抗光子暗化的硅酸盐玻璃、制备方法及单包层光纤制备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113800761A CN113800761A (zh) 2021-12-17
CN113800761B true CN113800761B (zh) 2023-01-20

Family

ID=78939680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111093999.5A Active CN113800761B (zh) 2021-09-17 2021-09-17 抗光子暗化的硅酸盐玻璃、制备方法及单包层光纤制备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113800761B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102135641A (zh) * 2011-03-29 2011-07-27 华中科技大学 一种抗光子暗化的有源光纤及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102135641A (zh) * 2011-03-29 2011-07-27 华中科技大学 一种抗光子暗化的有源光纤及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Defects induced in Yb3+/Ce3+ co-doped aluminosilicate fiber glass preforms under UV and γ-ray irradiation;Mario Chiesa;《Journal of Non-Crystalline Solids》;20140731;第403卷;第97-101页 *
Photodarkening in Pr3+-doped silicate glasses and fibers;Yan Sun;《Proc. SPIE 11912, Pacific Rim Laser Damage 2021: Optical Materials for High-Power Lasers》;20210809;第11912卷;第1191204页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113800761A (zh) 2021-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5955388A (en) Transparent oxyflouride glass-ceramic composition and process of making
Lucas Fluoride glasses
Parker Fluoride glasses
US6410467B1 (en) Antimony oxide glass with optical activity
Vařák et al. Luminescence and laser properties of RE-doped silica optical fibers: The role of composition, fabrication processing, and inter-ionic energy transfers
CN102153283B (zh) 一种PbSe量子点掺杂光纤材料的制备方法
CN109574509B (zh) 2至5微米波段内的低损耗高强度全玻璃光纤及制备方法
CN111377609B (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
CN109384394A (zh) 一种高非线性低损耗铋碲酸盐玻璃与光纤及其制备方法
US6128429A (en) Low phonon energy glass and fiber doped with a rare earth
Brekhovskikh et al. Glasses on the basis of heavy metal fluorides
CN116253512B (zh) 一种可抑制伽马射线辐照暗化的锗酸盐玻璃及其制备方法
CN113800761B (zh) 抗光子暗化的硅酸盐玻璃、制备方法及单包层光纤制备
CN108892375B (zh) 一种硅锗酸盐玻璃及其制备方法
CN112876068A (zh) 一种抗γ射线辐照暗化的锗酸盐玻璃及其制备方法与应用
JP2931026B2 (ja) 希土類元素ドープガラスの製造方法
CN102351423A (zh) 一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐玻璃及其制备方法
CN104692656A (zh) 2μm石英光纤芯棒玻璃及其制备方法
Farahinia et al. An investigation into the effects of composition and BaF2 content on the structure and crystallization behavior of SiO2-Al2O3-K2O-BaF2 oxyfluoride glasses
CN115231824B (zh) 一种稀土元素Tm掺杂的氟硼酸盐发光玻璃及其制备方法
CN103288352A (zh) SiO2—NaF—Er3+：GGG系玻璃陶瓷及其制备方法
CN116813207B (zh) 一种抗辐照保偏掺铒光纤及其制备方法与应用
Ahmadi Kordlar et al. Optical Properties and Crystallization Behavior of SiO2-Al2O3-BaO-BaF2 Glasses Containing Different Amounts of Bi2O3
CN117800595A (zh) 一种放电等离子体烧结制备低羟基掺钕氟磷酸盐玻璃的方法
CN110937806A (zh) 组分调节光学性能的掺镱硅酸盐激光玻璃及其制备方法

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