一种2 μm超宽带可调谐发光析出量子点的掺稀土激光玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种2μm超宽带可调谐发光析出量子点的掺稀土激光玻璃及其制备方法。该玻璃的摩尔百分比组成为：SiO2 45‑60%；NaCO3 30‑40%；Al2O3 3‑7%；ZnO 5‑10%；ZnS 1‑4%；PbO 0.5‑2%；Tm2O3 0.05‑4%。本发明专利技术通过熔融冷却法制备，经热处理后析出量子点。本发明专利技术制得的玻璃中量子点为PbS，尺寸为1.7‑5.1 nm。在808 nm激光二极管泵浦下，可同时获得Tm

A Rare Earth Doped Laser Glass with Tunable Luminescent Quantum Dots at 2 um Ultra Wide Band and Its Preparation Method

The invention discloses a rare earth doped laser glass with 2 micron ultra-wideband tunable light emitting quantum dots and a preparation method thereof. The molar percentages of the glass are: SiO 2 45 60%; NaCO 3 30 40%; AlO 3 7%; ZnO 5 10%; ZnS 1 4%; PbO 0.5 2%; TmO 3 0.05 4%. The invention is prepared by melt cooling method, and the quantum dots are precipitated after heat treatment. The quantum dots in the glass prepared by the invention are PbS with a size of 1.7 5.1 nm. Tm can be obtained simultaneously under 808 nm laser diode pumping

【技术实现步骤摘要】
一种2μm超宽带可调谐发光析出量子点的掺稀土激光玻璃及其制备方法
本专利技术属于光学材料领域，具体涉及一种2μm超宽带可调谐发光析出量子点的掺稀土激光玻璃及其制备方法。
技术介绍
2μm光纤激光器在远程遥感、微创手术、军事国防等具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。激光玻璃作为光纤激光器的核心增益介质，在根本上决定了光纤激光器的性能。目前，实现2μm发光的稀土离子主要有Tm3+离子和Ho3+离子，其中Tm3+离子在808nm具有吸收峰，因此可以采用常见的808nm半导体激光器进行泵浦。申请人发现，为了实现Tm3+的2μm宽带可调发光，通常采用同时引入Ho3+离子的方法，可以实现1400-2200nm的发光，然而发光范围仍然比较有限。和稀土离子相比，一些窄带隙的量子点如PbS等通过合适的热处理工艺可以实现2μm发光，因此在激光玻璃中将稀土离子和量子点结合有望实现一种更宽的2μm可调发光，可作为2μm可调谐光纤激光器的基质玻璃。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种2μm超宽带可调谐发光析出量子点的掺稀土激光玻璃及其制备方法，在掺稀土激光玻璃中引入量子点，可以极大拓宽2μm波段的发光范围，增大激光玻璃的发光波段和调谐范围，可用于2μm宽带可调谐激光玻璃光纤和光纤激光器。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种2μm超宽带可调谐发光析出量子点的掺稀土激光玻璃，该玻璃的组成及配比为：SiO2：45-60%，NaCO3：30-40%，Al2O3：3-7%，ZnO：5-10%，ZnS：1-4%，PbO：0.5-2%，Tm2O3：0.05-4%。上述摩尔百分比总和为100%。以上所述的一种析出量子点的掺稀土激光玻璃的制备方法，包括以下步骤：（1）按照组成及配比精确称量原料（其中Na2O以NaCO3的形式引入）；（2）将步骤（1）中所得的原料在玛瑙研钵中混合形成配合料；（3）将步骤（2）中配合料转入刚玉坩埚（带氧化铝坩埚盖），置于高温熔炉中升温并保温，经熔融、澄清和均化后得到无气泡、无结石、透明、均匀的玻璃液；（4）将澄清后的玻璃液浇注在预热的不锈钢铁板上成型，得到透明的玻璃块体；（5）将成型的透明玻璃迅速转移至马弗炉中退火，保温以去除玻璃的内应力，然后随炉冷却至室温，得到无量子点析出的掺稀土激光玻璃，即母体玻璃。（6）将冷却至室温的透明玻璃在不同热处理温度下保温，随后冷却至室温，得到析出量子点的掺稀土激光玻璃。优选的，步骤（3）所述升温是温度从室温升至1400~1500℃，保温30~60分钟。优选的，步骤（5）所述退火的温度为350~400℃。优选的，步骤（5）所述保温的时间为2~4小时。优选的，步骤（5）所述冷却的速率为10~20℃/分钟。优选的，步骤（6）所述冷却的热处理温度为490~530℃。优选的，步骤（6）所述冷却的保温时间为5~30小时。与现有技术相比，本专利技术的技术效果如下：本专利技术所得的析出量子点的掺稀土激光玻璃具有高的透明度、优异的热稳定性，量子点为PbS，尺寸为尺寸为1.7-5.1nm。在808nm激光二极管（LD）泵浦下，热处理后的玻璃中能够同时获得Tm3+和PbS位于2μm波段的超宽带荧光，发射波长范围为1400-2600nm，调谐范围高达1200nm，非常适合于2μm宽带可调谐激光玻璃光纤和光纤激光器的制备和应用。附图说明图1为本专利技术所得母体玻璃和实施例1析出量子点的掺稀土激光玻璃的发光光谱对比，各曲线分别代表母体玻璃和在490℃、500℃、510℃、520℃和530℃温度下保温10小时热处理的样品；图2为本专利技术所得母体玻璃和实施例1析出量子点的掺稀土激光玻璃的吸收光谱对比，内插图为透射曲线；图3为实施例1析出量子点的掺稀土激光玻璃的透射电镜图和尺寸分布图；图4为母体玻璃和实施例1在530℃温度下保温10小时热处理样品的荧光衰减曲线，激发波长为808nm，监测的发射波长为1810nm。具体实施方式以下结合具体实施例与附图对本专利技术的实施方式进行进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。表1给出本专利技术10个具体实施例的热处理工艺参数，玻璃的组成及配比均为：SiO2：49.8%，Na2O：34%，Al2O3：5%，ZnO：8%，ZnS：2%，PbO：1%，Tm2O3：0.2%。表1玻璃组分(mol%)SiO2Na2OAl2O3ZnOZnSPbOTm2O3实施例149.83458210.2实施例245356630.80.1实施例3603537421实施例455307510.51.5实施例54540353.51.52实施例65030410312实施例7523245214实施例1中析出量子点的掺稀土激光玻璃的制备步骤如下：（1）按照组成及配比精确称量原料（Na2O以NaCO3的形式引入）50g，其中SiO2：18.13g，NaCO3：21.83g，Al2O3：3.09g，ZnO：3.95g，ZnS：1.18g，PbO：1.35g，Tm2O3：0.47g。（2）将步骤（1）中所得的原料在玛瑙研钵中混合形成配合料；（3）将步骤（2）中的配合料转入刚玉坩埚（带氧化铝坩埚盖），置于高温熔炉中于1400℃熔融30分钟后得到无气泡、无结石、透明、均匀的玻璃液；（4）将澄清后的玻璃液浇注不锈钢铁板上成型，得到透明的玻璃块体；（5）将成型的透明玻璃迅速转移至温度为350℃的马弗炉中退火，保温2小时以去除玻璃的内应力，然后以10℃/分钟的冷却速率随炉冷却至室温，得到无量子点析出的掺稀土激光玻璃。（6）将冷却至室温的透明玻璃在490℃、500℃、510℃、520℃和530℃保温10小时，随后冷却至室温，得到析出量子点的掺稀土激光玻璃。实施例2中析出量子点的掺稀土激光玻璃的制备步骤如下：（1）按照组成及配比精确称量原料（Na2O以NaCO3的形式引入）50g，其中SiO2：16.85g，NaCO3：23.12g，Al2O3：3.81g，ZnO：3.04g，ZnS：1.82g，PbO：1.11g，Tm2O3：0.24g。（2）将步骤（1）中所得的原料在玛瑙研钵中混合形成配合料；（3）将步骤（2）中的配合料转入刚玉坩埚（带氧化铝坩埚盖），置于高温熔炉中于1400℃熔融30分钟后得到无气泡、无结石、透明、均匀的玻璃液；（4）将澄清后的玻璃液浇注不锈钢铁板上成型，得到透明的玻璃块体；（5）将成型的透明玻璃迅速转移至温度为350℃的马弗炉中退火，保温2小时以去除玻璃的内应力，然后以10℃/分钟的冷却速率随炉冷却至室温，得到无量子点析出的掺稀土激光玻璃。（6）将冷却至室温的透明玻璃在490℃、500℃、510℃、520℃和530℃保温5小时，随后冷却至室温，得到析出量子点的掺稀土激光玻璃。实施例3中析出量子点的掺稀土激光玻璃的制备步骤如下：（1）按照组成及配比精确称量原料（Na2O以NaCO3的形式引入）50g，其中SiO2：19.15g，NaCO3：19.71g，Al2O3：1.62g，ZnO：3.03g，ZnS：2.07g，PbO：2.37g，Tm2O3：2.05g。（2）将步骤（1）中所得的原料在玛瑙研钵中混合形成配合料；（3）将步骤（2）中的配合料转入刚玉坩埚（带氧化铝坩埚盖），置于高温熔炉中于1500℃熔融60分钟后得到无气泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种2 μm超宽带可调谐发光析出量子点的掺稀土激光玻璃，其特征在于，组成及摩尔百分比为：SiO2：45‑60%；NaCO3：30‑40%；Al2O3：3‑7%；ZnO：5‑10%；ZnS：1‑4%；PbO：0.5‑2%；Tm2O3：0.05‑4%，上述摩尔百分比总和为100%。

【技术特征摘要】
1.一种2μm超宽带可调谐发光析出量子点的掺稀土激光玻璃，其特征在于，组成及摩尔百分比为：SiO2：45-60%；NaCO3：30-40%；Al2O3：3-7%；ZnO：5-10%；ZnS：1-4%；PbO：0.5-2%；Tm2O3：0.05-4%，上述摩尔百分比总和为100%。2.制备权利要求1所述的析出量子点的掺稀土激光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按照组成及配比称量原料，所述Na2O以NaCO3的形式引入；（2）将步骤（1）中所得的原料在玛瑙研钵中混合形成配合料；（3）将步骤（2）中的配合料置于高温熔炉中升温并保温，经熔融、澄清和均化后得到无气泡、无结石、透明、均匀的玻璃液；（4）将步骤（3）得到的玻璃液浇注在预热的不锈钢铁板上成型，得到透明的玻璃块体；（5）将成型的透明玻璃迅速转移至马弗炉中退火，保温以去除玻璃的内应力，然后随炉冷却至室温，得到无量子点...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤远，王伟超，肖永宝，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44