專利名稱：具有4 μm中紅外熒光輸出的氧氟氯碲酸鹽玻璃實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中紅外稀土摻雜發(fā)光玻璃應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
4μπι中紅外光纖激光器因其特殊的輸出波長(zhǎng)和良好的光束質(zhì)量，在軍事、大氣通信、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。稀土離子摻雜晶體材料可以實(shí)現(xiàn)中紅外激光的輸出，如在常溫下工作的全固態(tài)激光器中，Pr3+ = LaCl3晶體(聲子能量約210CHT1)能發(fā)出最長(zhǎng)波長(zhǎng)為7.24 μ m的脈沖激光，但這種晶體極易潮解。4 μ m激光器需要玻璃基質(zhì)材料具有低的聲子能。目前，用于稀土離子摻雜的低聲子能玻璃材料體系主要有氟化物和硫系玻璃。在所有光纖激光器中，只有氟化物光纖實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)大于3 μ m中紅外激光輸出，而且需要在冷卻條件下才能實(shí)現(xiàn)。氟化物玻璃光纖可支持3.9-4.5μπι波長(zhǎng)的激光振蕩，但因其穩(wěn)定性差而沒得到廣泛的應(yīng)用。硫化物玻璃比氟化物玻璃具有更低的聲子能量，也能在中紅外波長(zhǎng)處發(fā)射激光，但這類材料同樣存在穩(wěn)定性較差的問題，難以制備大尺寸且能穩(wěn)定工作的中紅外激光材料。相比之下，氧化物玻璃制備工藝簡(jiǎn)單、有良好的物理和力學(xué)性能，并且有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此，尋找一種能發(fā)射中紅外熒光或激光的稀土摻雜氧化物玻璃系統(tǒng)成為一個(gè)必然選擇。締酸鹽系統(tǒng)玻璃屬于一種重金屬氧化物玻璃，具有較低聲子能量(最大聲子能量約為750CHT1)，具有較寬的紅外透光范圍(直到6μπι波長(zhǎng))、較優(yōu)異的光學(xué)性能(從波長(zhǎng)0.4 5.5 μ m有極低的光學(xué)損耗)、較低的熔制溫度、高絕緣常數(shù)、大發(fā)射截面、較高的折射率(約2.0)以及較高非線性折射率、稀土離子溶解性好、熱穩(wěn)性較好等優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)發(fā)明專利US7551348B2公開了一種用于光波導(dǎo)及光放大領(lǐng)域的碲酸鹽玻璃，25 90%Te02,1 40%W03,1 55%Mo03，0 35%Zn0，0 20%Bi203，0 35%Li20/Na20/K20,該玻璃在1.5 μ m近紅外具有良好的光寬帶放大效果。中國(guó)發(fā)明專利CN 1803686A公開了一種具有高紅外泵浦效率的摻鉺碲酸鹽玻璃及制備方法。利用多聲子弛豫原理，在玻璃中引入聲子能約1200CHT1的P2O5，保持1.5μπι發(fā)射的量子效率不受影響的同時(shí)大幅度提高熒光強(qiáng)度。中國(guó)發(fā)明專利CN101224947A公開了一種2μπι波段發(fā)光的氧鹵碲酸鹽玻璃。最大聲子能低于760cm—1，Λ T (熱穩(wěn)定性參數(shù))高于100°C，成玻性能和耐水性能好。中國(guó)發(fā)明專利CN1686885A公開了一種用于光纖放大領(lǐng)域的硫締酸鹽玻璃。該玻璃具有較高穩(wěn)定性，可以拉成光纖，具有更大的小信號(hào)增益和更大的放大寬帶。以上所報(bào)道的都是1.5 2 μ m波段發(fā)光的締酸鹽玻璃,而在3 5 μ m波段發(fā)光的碲酸鹽玻璃卻未見報(bào)道。因此，在保持聲子能低且熱穩(wěn)性良好的情況下，開發(fā)長(zhǎng)波4 μ m發(fā)射的碲酸鹽玻璃具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有4 μ m中紅外熒光輸出的氧氟氯碲酸鹽玻璃的實(shí)現(xiàn)方法，該玻璃成玻性能良好、紅外透過率高、發(fā)光性能好、有利于實(shí)現(xiàn)4 μ m熒光及激光的輸出。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種具有4μπι中紅外熒光輸出的氧氟氯碲酸鹽玻璃的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述氧氟氯碲酸鹽玻璃的組份如下:
坫木擬#料||戚IlTO丨％::氣化碲_ TeO250-80
-.:氧化鎢即WO35-10 氧化鍺即GeO20-5 氧化鋅_ ZnO5-20
氟化鋅+氣化鋅即ZnF2+ZnCl2IO 20外摻雜:氧化欽+氟化欽即Ho203+HoF3摻雜量為前述基本原材料組成的
0.02mol% 0.25mol% ；外摻雜:氧化鐿+氟化鐿即Yb203+YbF3摻雜量為前述基本原材料組成的
0.5mol% 3mol% ；制作步驟如下:步驟一:將上述全部玻 璃組份的材料磨成粉末，按其比例將材料粉末充分混合均勻后置于干燥箱干燥5h ；步驟二:將上述混合料裝入加蓋的黃金坩堝中，并置于電爐中熔融，氣氛為空氣，熔融溫度為760V 900°C，熔制時(shí)間為15 20min ；步驟三:將步驟二得到的熔融物澆注于250 280°C的銅板或不銹鋼模上成型，然后在260°C溫度下退火2h以消除內(nèi)應(yīng)力，之后隨爐冷卻。本發(fā)明可帶來以下有益效果:本發(fā)明設(shè)計(jì)的氧氟氯碲酸鹽玻璃是一種含有氟化鋅和氯化鋅的碲酸鹽玻璃，適量的氟化鋅和氯化鋅可以使得體系中的羥基含量和聲子能大幅度降低，從而有效提高玻璃的形成能力，提高稀土離子在玻璃中的摻雜量，并提高稀土離子的熒光壽命。采用本發(fā)明通過熔融法制備的氧氟氯碲酸鹽玻璃具有良好的熱穩(wěn)定性，在玻璃的成型過程中不出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，能夠滿足光纖制備的拉絲工藝要求。通過調(diào)整外摻雜稀土離子Ho3+、Yb3+的摻雜量，可以顯著提高980nm的泵浦效率，經(jīng)測(cè)試表明，該種氧氟氯碲酸鹽玻璃在4 μ m處具有明顯的突光輸出。


圖1是本發(fā)明的7組實(shí)施例在980nm激光泵浦下的4μπι中紅外熒光光譜圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。表I是本發(fā)明玻璃的基本原材料組成(mol%)。表I
權(quán)利要求
1.一種具有4μπι中紅外熒光輸出的氧氟氯碲酸鹽玻璃的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于: 所述氧氟氯碲酸鹽玻璃的組份如下:基本原材料組成:mol%二氧化碲即TeO250 80三 氧化鎢即WO35-10氧化鍺_ GeO2O 5 氧化鋅BP ZnO5-20 氟化鋅+氯化鋅即ZnF2+ZnCl2IO 20 外摻雜:氧化欽+氟化欽即Ho203+HoF3摻雜量為前述基本原材料組成的0.02mol% 0.25mol% ； 外摻雜:氧化鐿+氟化鐿即Yb203+YbF3摻雜量為前述基本原材料組成的0.5mol% 3mol% ； 制作步驟如下: 步驟一:將上述全部玻璃組份的材料磨成粉末，按其比例將材料粉末充分混合均勻后置于干燥箱干燥5h ； 步驟二:將上述混合料裝入加蓋的黃金坩堝中，并置于電爐中熔融，氣氛為空氣，熔融溫度為760V 900°C，熔制時(shí)間為15 20min ； 步驟三:將步驟二得到的熔融物澆注于250 280°C的銅板或不銹鋼模上成型，然后在260°C溫度下退火2h以消除內(nèi)應(yīng)力，之后隨爐冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及中紅外稀土摻雜發(fā)光玻璃應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。所要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有4μm中紅外熒光輸出的氧氟氯碲酸鹽玻璃的實(shí)現(xiàn)方法，該玻璃成玻性能良好、紅外透過率高、發(fā)光性能好、有利于實(shí)現(xiàn)4μm熒光及激光的輸出。采用本發(fā)明通過熔融法制備的氧氟氯碲酸鹽玻璃是一種含有氟化鋅和氯化鋅的碲酸鹽玻璃，適量的氟化鋅和氯化鋅可以使得體系中的羥基含量和聲子能大幅度降低，從而有效提高玻璃的形成能力，提高稀土離子在玻璃中的摻雜量，并提高稀土離子的熒光壽命。通過調(diào)整外摻雜稀土離子Ho3+、Yb3+的摻雜量，可以顯著提高980nm的泵浦效率，經(jīng)測(cè)試表明，該種氧氟氯碲酸鹽玻璃在4μm處具有明顯的熒光輸出。
文檔編號(hào)C03C3/23GK103241948SQ20131015335
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者戎亮, 林健, 任軍江, 張文俊, 賈玉潔 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十三研究所