專利名稱：一種摻鉍的磷酸鹽光學(xué)玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)玻璃，特別是一種摻鉍的磷酸鹽光學(xué)玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
1998年3月4日，三菱電線工業(yè)株式會社的藤本靖等人申請了題為“摻秘石英玻璃、光纖及光放大器制造方法”的專利(特許公開平11-29334)。他們利用鉍交換的沸石作為分散介質(zhì)，綜合sol-gel方法和高溫熔融法，空氣下制備了摻五價秘離子Bi5+的石英玻璃、拉制出相應(yīng)的光纖、實現(xiàn)了 SOOnm泵浦下的1. 3μπι處的光放大。這種玻璃的熒光峰值位于 1130nm附近，最大的熒光半高寬為250nm，最大的熒光壽命為650 μ s，受激發(fā)射截面大約為 1.0 X 10-20cm2. 2001年2月22日，藤本靖等人又申請了題為“光纖及光放大器”(特許公開2002-252397 )，其基本的玻璃組成為=Al2O3-SiO2- Bi2O3，于1750° C空氣下熔制，拉制出相應(yīng)的光纖、實現(xiàn)了 0.8μπι泵浦下的1.3μπι處的光放大。2001年12月13日，2002年6月18日，2002年12月25日，日本板硝子株式會社的岸本正一等連續(xù)申請了題為“紅色玻璃及其透明微晶玻璃”、“光放大玻璃光纖”、“紅外發(fā)光材料及光放大介質(zhì)”的專利(特許公開2003-183047，2004-20994，20034830 )，其基本的玻璃組成為Al2O3-SiO2。相應(yīng)產(chǎn)品呈現(xiàn)紅或棕紅色；紅色玻璃經(jīng)晶化處理后其顏色未有明顯改變，但其耐熱性及機械強度等性質(zhì)明顯增強；用位于400-850nm區(qū)域的泵浦波長泵浦，能夠得到最強峰位于1000-1600nm區(qū)間的熒光，并且能夠?qū)崿F(xiàn)波長在1000 -1400nm間的光放大。2001 年，F(xiàn)ujimoto 與 Nakatsuka 在 Jpn. J. App. Phys. , 40， (2001) L279 — 文報道了在1760°C高溫下于空氣下制備五價鉍離子Bi5+摻雜的Al2O3-SW2玻璃，大量的氣泡存在使得其在紅外區(qū)的透過率降低至 30%左右，這在很大程度上限制了這種SiO2基玻璃的實際應(yīng)用。浙江大學(xué)的邱建榮等連續(xù)申請了一系列題為“鐿鉍共摻的磷酸鹽基光學(xué)玻璃及其制備方法”、“納米鉍團簇摻雜二氧化硅基光學(xué)玻璃及其制備方法”、“用于可調(diào)諧激光器和寬帶放大器的鉍離子摻雜晶體”、“摻鉍鍺基光學(xué)玻璃摻鉍高硅氧近紅外寬帶發(fā)光玻璃的制備方法”、“鉍鎳共摻的透明硅酸鹽微晶玻璃及其制備方法”(專利公開號 200710044174.8，200510024483. X，200510023597. 2，200410054216. 2，200410054217. 7， 200710047760. 8)關(guān)于鉍摻雜玻璃作為光放大材料的專利。在上述專利中他們利用鎳等過渡金屬離子或者鐿稀土離子共摻的方式提高鉍的紅外發(fā)光強度，而通過采用鍺酸鹽以及磷酸鹽體系來改善玻璃的熔制溫度，通過微晶化提高玻璃的機械強度。然而，原有鉍摻雜玻璃的紅外發(fā)光強度與作為光纖放大器的稀土離子相比，相對較弱，不利于作為光放大器材料使用；而對玻璃進行微晶化雖然可以提高玻璃的強度，但是玻璃基質(zhì)中形成的微晶容易造成光線在玻璃中的反射和折射，導(dǎo)致光傳輸效率降低，光放大效果減弱。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述石英玻璃的熔融溫度較高，以及需要微晶化提高玻璃機械強度的缺點，本發(fā)明提供一種摻鉍的磷酸鹽光學(xué)玻璃及其制備方法，通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)。
一種摻鉍的磷酸鹽基光學(xué)玻璃，由下列摩爾百分比的組分組成
BPO444. 9 75%AlPO40^35%RO10^45%BiA0. 1 5%。本發(fā)明另一目的在于提供一種摻鉍的磷酸鹽基光學(xué)玻璃的制備方法，經(jīng)過下列各工藝步驟
(1)按下列摩爾百分比備料，并混合均勻 BPO444. 9 75%
AlPO40 35%
RO 禾口 / 或 RCO3 10 45% Bi2O30. Γ5% ；
(2)將步驟(1)中的混合料升溫至110(T1400°C，保溫3(Γ180分鐘，使原料熔融成液
態(tài)；
(3 )將步驟(2 )中的熔體快速傾倒并壓平，在40(T600° C下退火0. 5飛小時后，自然冷
卻至室溫，即得摻鉍的硅磷酸鹽基光學(xué)玻璃。所述RO 為 MgO，CaO，SrO，BaO，PbO, ZnO 中的一種或者幾種。所述RCO3 為 MgCO3, CaCO3, SrCO3, BaCO3, PbCO3, ZnCO3 中的一種或者幾種。本發(fā)明具有如下優(yōu)點該玻璃除了具有能夠覆蓋整個通訊波段的超寬帶的光學(xué)性能，其熔融溫度相對于石英玻璃明顯降低，玻璃熔制過程中熔融液體粘度降低，因而熔融成型過程中玻璃中的缺陷和瑕疵(如氣泡等)相對于石英玻璃較少，玻璃的機械性能提高，鉍在玻璃中的紅外發(fā)光強度較強。該玻璃能夠發(fā)近紅外波段熒光，具有較強的發(fā)光強度，長的熒光壽命，寬的增益帶寬，適合作為增益介質(zhì)應(yīng)用于光學(xué)放大器和/或激光器。該玻璃熔融溫度相對于石英玻璃明顯降低，因而熔融體的粘度降低、消除氣泡的影響就會更容易實現(xiàn)， 同時玻璃具有較好的機械強度。上述鉍摻雜的磷酸鹽玻璃在800 nm左右波長的激光激發(fā)下具有能夠覆蓋90(T1700 nm波段的超寬帶的光學(xué)性能，在700 nm左右波長激光激發(fā)下能夠產(chǎn)生覆蓋85(Tl450 nm波段，中心峰位于1100 nm的超寬帶近紅外熒光，有望在超寬帶光學(xué)放大器、高功率激光器，可調(diào)諧激光器等技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步描述。實施例1
(1)按下列摩爾百分比備料，并混合均勻 BPO444.9%
AlPO415%
CaCO310%
Bi2O30. 1% ；
(2)將步驟(1)中的混合料升溫至1100°C，保溫60分鐘，使原料熔融成液態(tài)；(3)將步驟(2)中的熔體快速傾倒并壓平，在550°C下退火3小時后，自然冷卻至室溫， 即得摻鉍的硅磷酸鹽基光學(xué)玻璃，由下列摩爾百分比的組分組成=BPO4 44. 9% ；AlPO4 15% ； CaO 40% ；Bi2O3 0. 1%。實施例2
(1)按下列摩爾百分比備料，并混合均勻 BPO460%
ZnCO340%
MgO5%
Bi2O31% ；
(2)將步驟(1)中的混合料升溫至1200°C，保溫120分鐘，使原料熔融成液態(tài)；
(3)將步驟(2)中的熔體快速傾倒并壓平，在570°C下退火3小時后，自然冷卻至室溫， 即得摻鉍的硅磷酸鹽基光學(xué)玻璃，由下列摩爾百分比的組分組成=BPO4 60% ； CaO 40% ； MgO 5% ；Bi2O3 :1%。實施例3
(1)按下列摩爾百分比備料，并混合均勻 BPO475%
AlPO45%
BaCO310%
PbO10%
ZnO5%
Bi2O35% ；
(2)將步驟(1)中的混合料升溫至1400°C，保溫180分鐘，使原料熔融成液態(tài)；
(3)將步驟(2)中的熔體快速傾倒并壓平，在600°C下退火6小時后，自然冷卻至室溫， 即得摻鉍的硅磷酸鹽基光學(xué)玻璃，由下列摩爾百分比的組分組成=BPO4 75% ； AlPO4 5% ； BaO 10% ；PbO 10% ；Bi2O3 :5%。實施例4
(1)按下列摩爾百分比備料，并混合均勻 BPO450%
AlPO435%
SrO30%
Bi2O33% ；
(2)將步驟(1)中的混合料升溫至1300°C，保溫30分鐘，使原料熔融成液態(tài)；
(3)將步驟(2)中的熔體快速傾倒并壓平，在400°C下退火0.5小時后，自然冷卻至室溫，即得摻鉍的硅磷酸鹽基光學(xué)玻璃，由下列摩爾百分比的組分組成=BPO4 50% ； AlPO4 35% ；SrO 30% ；Bi2O3 :3%。實施例5
(1)按下列摩爾百分比備料，并混合均勻 BPO470%
AlPO425%CaO10%
BaO10%
MgCO310%
SrCO310%
PbCO35%
Bi2O33% ；
(2)將步驟(1)中的混合料升溫至1400°C，保溫90分鐘，使原料熔融成液態(tài)；
(3)將步驟(2)中的熔體快速傾倒并壓平，在560°C下退火4小時后，自然冷卻至室溫， 即得摻鉍的硅磷酸鹽基光學(xué)玻璃，由下列摩爾百分比的組分組成=BPO4 70% ； AlPO4 25% ； CaO 10% ；BaO 10% ；MgO 10% ；SrO 10% ；PbO 5% ；Bi2O3 :3%。
權(quán)利要求
1.一種摻鉍的磷酸鹽基光學(xué)玻璃，其特征在于由下列摩爾百分比的組分組成 BPO444. 9 75%AlPO40 35%RO20^45%Bi2O30. 1 5%。
2.一種摻鉍的磷酸鹽基光學(xué)玻璃的制備方法，其特征在于經(jīng)過下列各工藝步驟(1)按下列摩爾百分比備料，并混合均勻 BPO444. 9 75%AlPO40 35%RO 禾口 / 或 RCO3 20 45% Bi2O30. Γ5% ；(2)將步驟(1)中的混合料升溫至115(T1400°C，保溫30 180分鐘，使原料熔融成液態(tài)；(3)將步驟(2)中的熔體快速傾倒并壓平，在50(T600°C下退火0.5飛小時后，自然冷卻至室溫，即得摻鉍的硅磷酸鹽基光學(xué)玻璃。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃，其特征在于所述RO為MgO，CaO,SrO, BaO, PbO中的一種或者幾種。
4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述RO為MgO，CaO,SrO, BaO, PbO中的一種或者幾種。
5.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述RCO3為MgCO3,CaCO3, SrCO3, BaCO3, PbCO3中的一種或者幾種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種摻鉍的磷酸鹽基光學(xué)玻璃機器制備方法，通過按下列摩爾百分比備料，并混合均勻BPO444.9~75%，AlPO40~35%，RO和/或RCO320~45%，Bi2O30.1~5%；將混合料升溫至1150~1400oC，保溫30~180分鐘，使原料熔融成液態(tài)；將熔體快速傾倒并壓平，在500~600oC下退火0.5~6小時后，自然冷卻至室溫，即得摻鉍的硅磷酸鹽基光學(xué)玻璃。該玻璃在激光泵浦下可以獲得較強的近紅外超寬帶熒光，而且熔融溫度相對與石英玻璃明顯降低，無需微晶化處理，機械強度較好，具有能夠覆蓋整個通訊波段的超寬帶的光學(xué)性能，有望在超寬帶光學(xué)放大器、高功率激光器，可調(diào)諧激光器等技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
文檔編號C03C3/19GK102260042SQ20111013117
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者余雪, 周大成, 宋志國, 尹兆益, 李臣, 楊正文, 邱建備 申請人:昆明理工大學(xué)