一種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及玻璃的制備領(lǐng)域，特別涉及一種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉍摻雜光纖是一類新型有源玻璃光纖，具有寬帶近紅外發(fā)光，可以實(shí)現(xiàn)紅外1-1. 6 微米波段可調(diào)諧激光輸出。目前報(bào)道的鉍光纖為鉍摻雜石英光纖，采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣 相淀積法（MOCVD)制備。但這種制備方法必須在超過(guò)2000度的高溫下進(jìn)行，否則石英無(wú)法 軟化，不能制得光纖。如此高的溫度將會(huì)導(dǎo)致鉍大量揮發(fā)，所以制得的鉍石英光纖，鉍摻雜 濃度低，僅有50ppm，增益低，熒光半高寬一般在100~150nm，很難突破200nm。這或許是因 為鉍濃度極低時(shí)鉍團(tuán)簇離子發(fā)光基團(tuán)無(wú)法形成的緣故。鉍石英光纖增益低，利用短光纖無(wú) 法實(shí)現(xiàn)激光振蕩，不利于器件小型化、集約化；熒光半高寬窄，將使得激光可調(diào)諧的波長(zhǎng)范 圍窄，同時(shí)不利于實(shí)現(xiàn)超短脈沖激光的實(shí)現(xiàn)。如何實(shí)現(xiàn)鉍高濃度摻雜是目前困擾鉍光纖的 難題。解決的途徑之一是采用多組分玻璃制備光纖。多組分玻璃可以在較低溫度制備，這 樣可將光纖制備溫度降下來(lái)，有效避免鉍揮發(fā)，實(shí)現(xiàn)鉍高摻雜。但研究發(fā)現(xiàn)，鉍摻雜多組分 玻璃在二次受熱軟化，拉成光纖時(shí)，鉍近紅外發(fā)光通常會(huì)消失。發(fā)現(xiàn)在二次受熱軟化時(shí)，能 夠穩(wěn)定鉍價(jià)態(tài)的玻璃組分是關(guān)鍵。然而目前沒有這方面的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種近紅外發(fā)光鉍 摻雜多組分玻璃，在二次受熱軟化時(shí)，玻璃能夠穩(wěn)定鉍近紅外發(fā)光中心。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種近紅外發(fā)光祕(mì)摻雜多組分玻璃，各氧化物組分的摩爾百分比為：
[0007]
[0008] -種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，包括以下步驟：
[0009] (1)按各氧化物組分的摩爾百分比稱取原料：
[0010]
[0011] (2)將步驟（1)稱取的化合物原料研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下預(yù)燒；
[0012] (3)將步驟（2)預(yù)燒后的樣品取出，研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下熔化、攪拌、 均化、澄清，得到玻璃熔體；熔制溫度為1000~1350°C，熔制時(shí)間為0. 5~2小時(shí)；
[0013] (4)將步驟（3)得到的玻璃熔體傾倒在模具上，自然冷卻、固化后，移至退火爐中 退火，消除殘余應(yīng)力，制得近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃。
[0014] 步驟⑴所述預(yù)燒，具體為：
[0015] 預(yù)燒溫度為400~700°C，時(shí)間為1~5小時(shí)。
[0016] 步驟⑷所述退火，具體為：
[0017] 在600~700°C退火，時(shí)間為1~5小時(shí)。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0019] (1)本發(fā)明的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃可以在較低溫度1000~1300°C之間 制備，能有效避免祕(mì)揮發(fā)，可實(shí)現(xiàn)高濃度祕(mì)摻雜，摻雜濃度>5mol%，即大于50000ppm，遠(yuǎn)高 于石英玻璃中鉍摻雜濃度~50ppm，摻雜濃度提高1000倍以上。
[0020] (2)本發(fā)明的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃發(fā)光覆蓋950~1600nm，發(fā)光半高寬 >200nm，寬于祕(mì)摻雜石英光纖。
[0021] (3)本發(fā)明的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃發(fā)光優(yōu)異，在軟化溫度900~980°C再 次加熱，發(fā)光能夠保持，說(shuō)明發(fā)光熱穩(wěn)定好，這是目前其它鉍摻雜多組分玻璃所不具備的。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的實(shí)施例制備的不同鑭含量的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的發(fā) 光圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0024] 實(shí)施例
[0025] 本實(shí)施例的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備過(guò)程如下：
[0026] (1)以氧化鑭、氧化紀(jì)、氧化镥、氧化鎵、氧化銦、氧化鎂、碳酸|丐、碳酸鎖、碳酸鋇、 氧化鉍、氧化鍺為原料，按表1中所述的摩爾組成稱量原料，控制總重為l〇〇g。
[0027] (2)將步驟⑴稱取的化合物原料研磨混勻后，置于坩堝，按照表1中所述的工藝 參數(shù)進(jìn)行預(yù)燒；
[0028] (3)將步驟（2)預(yù)燒后的樣品取出，研磨混勻后，置于坩堝，按照表1中所述的工藝 參數(shù)在空氣下進(jìn)行熔制，熔制過(guò)程中進(jìn)行攪拌、均化、澄清，去除氣泡、提高玻璃均勻性；
[0029] (4)將步驟⑶中玻璃熔體快速傾倒在模具上，自然冷卻、固化后，移至退火爐，按 照表1中所述的工藝參數(shù)進(jìn)行退火，消除殘余應(yīng)力，制得玻璃樣品。
[0030] 表1本實(shí)施例制備的玻璃樣品的組成、工藝參數(shù)及發(fā)光情況
[0031]

[0033] 本實(shí)施例制備的玻璃均透明且無(wú)氣泡，祕(mì)摻雜濃度均高于5mol %，即50000ppm， 遠(yuǎn)高于祕(mì)摻雜石英光纖的50ppm。圖1為本實(shí)施例制備的不同鑭含量玻璃的發(fā)光圖，由圖可 知，玻璃在950-1600nm具有發(fā)光，鑭含量0%時(shí)，對(duì)應(yīng)組分11. 00Ga203-17. OOBaO-6. OOBi2O3-66. OOGeO2，發(fā)光峰位位于1234nm，發(fā)光半高寬242nm ;鑭含量2 %時(shí)，對(duì)應(yīng)組分2. OOLa2O3-I I. 00Ga203-17. OOBaO-6. 00Bi203-64. OOGeO2，發(fā)光峰位位于 1224nm，發(fā)光半高寬 238nm ;鑭含 量 6 % 時(shí)，對(duì)應(yīng)組分 6. OOLa2O3-IL 00Ga203-17. OOBaO-6. 00Bi203-60.0 OGeO2，發(fā)光峰位位于 1206nm，發(fā)光半高寬234nm。隨鑭含量增加，發(fā)光峰藍(lán)移，半高寬變窄，但均寬于200nm。本 實(shí)施例制備的玻璃的發(fā)光均寬于鉍摻雜石英光纖。
[0034] 本實(shí)施例制備的玻璃在軟化溫度900~980°C下熱處理，玻璃保持透明，無(wú)析晶， 具有950-1600nm發(fā)光。
[0035] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃，其特征在于，各氧化物組分的摩爾百分比為： LibOi 0~6.00% Y,〇3 0~6.00% Lu20 30~6.00% Ga203 9.00 ~13.00% ln203 9.00-13.00% MgO 10.01-17.00% CaO 10.0卜17.00% SrO 10.0卜17.00% BaO 10.0卜17.00% Bi20；55.0卜10_00% Ge02 余量。2. -種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 按各氧化物組分的摩爾百分比稱取原料： La：()3 0~6.00% Y：〇3 0-6.00% Lu20, 0~6.0C)% Ga辦9.00--13.00% ln；?0, 9.00 ~13.00% MgO 10.01-17.00% CaO 丨0_0卜17.00% SrO 10.0卜17.00% BaO 10.01-17.00% Bi20,. 5.0卜10.00% Ge02 余量； (2) 將步驟（1)稱取的化合物原料研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下預(yù)燒； (3) 將步驟（2)預(yù)燒后的樣品取出，研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下熔化、攪拌、均化、 澄清，得到玻璃熔體；熔制溫度為1000~1350°C，熔制時(shí)間為0. 5~2小時(shí)； (4) 將步驟（3)得到的玻璃熔體傾倒在模具上，自然冷卻、固化后，移至退火爐中退火， 消除殘余應(yīng)力，制得近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，其特征在于，步 驟（1)所述預(yù)燒，具體為： 預(yù)燒溫度為400~700°C，時(shí)間為1~5小時(shí)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，其特征在于，步 驟（4)所述退火，具體為： 在600~700°C退火，時(shí)間為1~5小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃，包括La2O3、Y2O3、Lu2O3、Ga2O3、In2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、Bi2O3、GeO2；本發(fā)明還公開了上述玻璃在玻璃近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法。本發(fā)明的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃，軟化溫度處理后，能保持寬帶近紅外發(fā)光，且不析晶、不失透，這是其它鉍摻雜多組分玻璃無(wú)法完成的；本發(fā)明玻璃發(fā)光覆蓋950～1600nm，發(fā)光半高寬>200nm，寬于鉍摻雜石英光纖，有望在多組分光纖、寬帶可調(diào)諧光纖激光、超短脈沖激光等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
【IPC分類】C03C3/12, C03C4/12
【公開號(hào)】CN105016618
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510424527
【發(fā)明人】彭明營(yíng), 鄭嘉裕
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日