專利名稱：近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光玻璃，特別是一種近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著光線通信技術(shù)和信息通道技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為波分復(fù)用技術(shù)(WDM)關(guān)鍵器件的鉺離子摻雜硅酸鹽玻璃光纖放大器(EDFA)的信道帶寬日益顯示出局限性。擴(kuò)展現(xiàn)有的EDFA的頻譜范圍，選擇合適的發(fā)光基質(zhì)材料成為稀土熒光發(fā)展的一個重要方向?，F(xiàn)有的EDFA的工作波長區(qū)間為1530 1600 nm (C+L波段)。通過向鉺單摻玻璃中引入銩 離子的方法可以將波長范圍增寬至1440-1600nm (S+C+L波段)。其原理歸功于銩離子的Tm3+I3H4 — 3F4能級躍遷和鉺離子的Er3+: 4I1372 — 4I1572能級躍遷共同作用。選擇合適的摻雜基質(zhì)玻璃組分有助于實現(xiàn)更強(qiáng)更寬近紅外發(fā)光。2003年，H.Jeong等在娃酸鹽玻璃光纖中用980nm的激光二極管泵浦下實現(xiàn)了 90nm的帶寬。但由于娃酸鹽玻璃較高的聲子能量，沒有更寬的輻射光譜在硅酸鹽玻璃中報道出來。研究的重點轉(zhuǎn)向了具有較低聲子能量和較高折射率的重金屬氧化物玻璃上來。2004年，L. Huang等報道了在鉺銩共摻碲酸鹽光纖中獲得了 134nm的帶寬。2011年，R. Xu等在鍺酸鹽玻璃中獲得了 138nm的輻射帶寬。更寬的輻射光譜曾在硫化物中被報道過，但硫化物對比氧化物玻璃具有機(jī)械性質(zhì)較差和制備工藝繁瑣等條件，限制了其應(yīng)用前景。鉍酸鹽玻璃是一種合適的材料，它不但具有同硫化物相近的聲子能量，又綜合了氧化物玻璃物理化學(xué)性質(zhì)均勻，機(jī)械強(qiáng)度高，剛度好等優(yōu)點。而且它還兼具了重金屬氧化物玻璃的折射率高等優(yōu)點，是一種理想的寬帶發(fā)光基質(zhì)材料。但是國內(nèi)外卻少有關(guān)于鉍酸鹽玻璃寬帶發(fā)光的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃及其制備方法，該玻璃具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，較低的聲子能量和較高的折射率，在800nm波長的激光二極管泵浦下能獲得寬度165nm左右的寬帶輻射。本發(fā)明具體的技術(shù)解決方案如下
一種近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃，其特點在于該玻璃的摩爾百分比組成
為
組分mo I %
Bi2O353. 6 59. 8
B2O310 20
SiO210 20
Ga2O310 20
Tm2O3O. 8 I. 2Er2O3O. 2^0. 6。上述的近紅外寬帶發(fā)光鉍酸鹽激光玻璃的制備方法，包括下列步驟
①選定所述玻璃的組成和摩爾百分比，計算并稱量出各原料組成的質(zhì)量，充分研磨，混合均勻；
②將研磨好的混合料放入剛玉坩堝中置于溫度為io5(Tiio(rc硅碳棒電爐中進(jìn)行熔制，在熔制的過程中通入氧氣提供氧化氣氛，熔化時間為40min，待原料完全熔融澄清后澆注在預(yù)熱的模具上；
③待玻璃變硬后迅速將其送入到事先已升至該玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近的馬弗爐中退火，在轉(zhuǎn)變溫度附近保溫3 4小時，然后以10°C /小時的速率降溫至室溫，待完全冷卻后取出樣品;
本發(fā)明的技術(shù)效果如下
本發(fā)明通過進(jìn)行Er/Tm多種配比稀土離子摻雜，獲得了一系列濃度配比的鉍酸鹽玻璃。玻璃呈亮黃色，透明，無析晶，物理化學(xué)性質(zhì)均勻，熱穩(wěn)定參數(shù)ΔΤ ^ 160°C，聲子能量低。在800nm波長的激光二極管泵浦下，獲得了寬度為165nm的輻射帶寬，覆蓋S+C+L波段。實驗表明，本發(fā)明玻璃熱力學(xué)性能穩(wěn)定，抗析晶能力強(qiáng)。玻璃的拉曼震動譜表明，最強(qiáng)震動峰在lSSl^cnT1附近。這大大降低了稀土離子能級的無輻射躍遷的幾率。在SOOnm波長的激光二極管泵浦下，獲得了寬度為165nm的輻射帶寬，覆蓋S+C+L波段。適用于近紅外寬帶發(fā)光摻稀土離子光纖的材料的制備和應(yīng)用。


圖I為實施例1#所獲得的近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻激光玻璃的差熱曲線。圖2為實施例1#所獲得的近紅外寬帶發(fā)光基質(zhì)玻璃的拉曼光譜。圖3為實施例1#所獲得的近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻激光玻璃在SOOnm波長的激光二極管泵浦下的熒光光譜。
具體實施例方式本發(fā)明近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃的12個具體實施例的玻璃成分
如表I所示…
表I :具體12個實施例的玻璃配方 玻璃組分(mol%) |l# |2# |3# |4# |5# |6# 17# |8# |9# llO# 111# Il2#
BiA58Γ8"59~58Γ6"59~ 59. 8 58. 8 59 ~58T& 59. 8 58. 8 58. 4 δΓΤ
BaO,10 0~ 5~ 10 20 20 15~
SiOa20~ 20~20~ 20~ 30 10 10~15~ 1015 20~
GaA20~20~20~15~ 10 20 20~20~ 20 20 20 20~
Tmao,T75~0~T7i~T75~ i. ο ΓΤΤΓΓ" ι. ο ι. ο Γο~
Er2O3|θ· 2 |θ· 2 |θ· 2 |θ· 2 |θ· 2 |θ· 2 |θ· 2 |θ· 2 |θ· 2 |θ· 6 |θ· 4
實施例1#:
組成如表I中1#所示，具體制備過程如下
按照表I中1#玻璃組成的摩爾百分比，計算并稱量出相應(yīng)的各組成的重量，稱取各原料并混合均勻；將混合料放入剛玉坩堝中于I050°c iioo°c的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清15分鐘，將熔融的玻璃液澆注在預(yù)熱的模具上；稍許冷卻后迅速移入溫度為400°C的馬弗爐中，保溫3小時，再以10°C /小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品O對該玻璃的測試結(jié)果如下
取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試。本發(fā)明近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃的差熱曲線如圖I所示。把退火后的樣品加工成10X20X1. O毫米的玻璃片并拋光，測試其拉曼光譜，在SOOnm波長的激光二極管泵浦下測試其熒光光譜。本發(fā)明近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃的拉曼震動譜如圖2所示。本發(fā)明近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃在SOOnm波長的激光二極管泵浦下的熒光光譜如圖3所示。實驗表明，玻璃呈亮黃色透明，無析晶，物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，穩(wěn)定性參數(shù)ΔΤ ^ 1600C。在800nm波長的激光二極管泵浦下可以獲得很寬的近紅外熒光光譜。
實施例2#:
組成如表I中2#所示，具體制備過程如下
按照表I中2#玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應(yīng)的各組成的重量，稱取各原料混合均勻；將混合料放入剛玉坩堝中于I050°c iioo°c的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的模具上；稍許冷卻后迅速移入溫度為400°C的馬弗爐中，保溫3小時，再以10°C /小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。對該玻璃的測試結(jié)果如下
取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試。把退火后的樣品加工成10X20X1. O毫米的玻璃片并拋光，在800nm波長的激光二極管泵浦下測試其熒光光譜。實施例3#:
組成如表I中3#所示，具體制備過程如下
按照表I中3#玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應(yīng)的各組成的重量，稱取各原料混合均勻；將混合料放入剛玉坩堝中于I050°c iioo°c的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的模具上；稍許冷卻后迅速移入溫度為400°C的馬弗爐中，保溫3小時，再以10°C /小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。對該玻璃的測試結(jié)果如下
取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試。把退火后的樣品加工成10X20X1. O毫米的玻璃片并拋光，在800nm波長的激光二極管泵浦下測試其熒光光譜。實施例4#:
組成如表I中4#所示，具體制備過程如下
按照表I中4#玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應(yīng)的各組成的重量，稱取各原料混合均勻；將混合料放入剛玉坩堝中于I050°c iioo°c的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的模具上；稍許冷卻后迅速移入溫度為400°C的馬弗爐中，保溫3小時，再以10°C /小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。對該玻璃的測試結(jié)果如下
取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試。
把退火后的樣品加工成10X20X1. O毫米的玻璃片并拋光，在800nm波長的激光二極管泵浦下測試其熒光光譜。實施例5#到12#
組成如表I中5#到12#所示,具體制備過程如實施例1#。對5#到12#玻璃的測試結(jié)果如下
取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試。把退火后的樣品加工成10X20X1. O毫米的玻璃片并拋光，在800nm波長的激光二極管泵浦下測試其熒光光譜。上述實施例測試表明，都具有實施例I所獲得的近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃的圖I、圖2、圖3所示的差熱曲線、拉曼震動譜和在SOOnm波長的激光二極管泵浦下的熒光光譜的類似結(jié)果。實驗表明本發(fā)明通過Er/Tm共摻稀土離子摻雜，可以獲得近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃，玻璃呈亮黃色透明，無析晶，物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，穩(wěn)定性參數(shù)ΔΤ3 150°C，聲子能量低。在SOOnm波長的激光二極管泵浦下可以獲得很寬近紅外熒光，適用于近紅外寬帶激光玻璃與光纖材料的制備及應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃，其特征在于該玻璃的摩爾百分比組成為組分mol% Bi2O353. 6 59. 8 B2O310 20 SiO210 20 Ga2O310 20 Tm2O30. 8 I. 2 Er2O30.2 0.6 o
2.權(quán)利要求I所述的近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟 ①選定權(quán)利要求I所述玻璃的組成和摩爾百分比，計算并稱量出各原料組成的質(zhì)量，充分研磨，混合均勻； ②將研磨好的混合料放入剛玉坩堝中置于溫度為105(T110(TC硅碳棒電爐中進(jìn)行熔制，在熔制的過程中通入氧氣提供氧化氣氛，熔化時間為40min，待原料完全熔融澄清后澆注在預(yù)熱的模具上； ③待玻璃變硬后迅速將其送入到事先已升至該玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近的馬弗爐中退火，在轉(zhuǎn)變溫度附近保溫3 4小時，然后以10°C /小時的速率降溫至室溫，待完全冷卻后取出樣品。
全文摘要
一種近紅外寬帶發(fā)光鉺銩共摻鉍酸鹽激光玻璃及其制備方法，該玻璃的摩爾百分比組成為Bi2O3:53.6~59.8mol%,B2O3:10~20mol%，SiO2:10~20mol%，Ga2O3:10~20mol%，Tm2O3:0.8～1.2mol%，Er2O3:0.2~0.6mol%。利用熔融冷卻法制備的玻璃為亮黃色，物理化學(xué)性質(zhì)均勻。本發(fā)明玻璃熱力學(xué)性能穩(wěn)定，抗析晶能力強(qiáng)。玻璃的拉曼震動譜表明，最強(qiáng)震動峰在188~412cm-1附近。這大大降低了稀土離子能級的無輻射躍遷的幾率。在800nm波長的激光二極管泵浦下，獲得了寬度為165nm的輻射帶寬，覆蓋S+C+L波段。適用于近紅外寬帶發(fā)光摻稀土離子光纖的材料的制備和應(yīng)用。
文檔編號C03C3/068GK102659313SQ20121017508
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者胡麗麗, 趙國營 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所