掺Er制造技术

本发明专利技术提供了一种掺Er3+的Bi2O3‑GeO2系激光玻璃及其制备方法。一种掺Er3+的Bi2O3‑GeO2系激光玻璃，主要由Bi2O3、GeO2和含Er3+的化合物制成；其中，以Bi2O3和GeO2的总摩尔数计，Er3+的浓度为0.5％‑5.0％。本发明专利技术所述的激光玻璃在发射波长位于800nm～1100nm的激光二极管或固体激光器的激发下产生近红外发光，可应用于近红外激光通讯等领域，并且阈值较低同时效率较高，有着重要的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃及其制备方法
本专利技术涉及激光材料
，尤其是涉及掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃及其制备方法。
技术介绍
上世纪八十年代，英国科学家Pyane等研究者经过许多的探索性实验，得到了一种对光纤通信十分有用的掺Er光纤放大器。现在常使用的光放大器也就是掺Er光纤放大器(Erbium-dopedFiberAmplifiers，EDFA)。由于Er内部的4f带在1.54μm左右的跃迁为一个标准的通讯波长，故在光波导放大器中Er被用作一种光学活性元素。掺Er放大器的优点在于其线性增益响应受温度和极化的影响不大，而且噪音低。掺Er光放大器的专利技术大力促进了宽带数据网络的发展，这种设备可以大大减少对信号再生(即光信号先转化为电信号，放大后再还原为光信号的过程)的需要。Er离子经过激活，可以在光传输损耗较低的1550nm工作窗口中放大光信号。980nm光学泵浦激光器能够向特殊的光纤中注入高强度能量，从而激活Er离子而把传输中的光信号加以放大。在中长距离的点-点光纤线路中，通过在始发端用电/光(E/O)转换装置，使用1.55μm的光载波信号带着数字信息沿着单模光纤线路向前传播，经过一定的距离后，再加掺Er光纤放大器提高信号功率，光信号就可以继续向前传播，经过若干个这样沿线加设的掺Er光纤放大器，最终使光信号传播至很远距离。为了满足集成化的要求，后来开发了掺Er光波导放大器(EDWA)。1.55μm波段的荧光由于高浓度掺Er而产生的浓度淬灭效应并不很明显，完全能够满足放大要求，但对光电集成器件而言，掺Er光波导放大器的激活介质长度非常有限(约cm量级)，因此为了满足高放大增益以及高饱和输出功率，激活介质必须是高掺Er浓度，故为了提高掺Er光波导放大器的性能，需要选择合适的掺杂基质。目前掺Er光波导材料的选择、制备方法等并没有形成一个比较可靠、稳定的方法。掺Er激光器属于典型的三能级结构，其激光激活离子是Er3+离子，Er3+离子通过粒子在能级4I13/2和4I15/2之间跃迁可获得1.5-1.6μm对人眼安全的激光输出。但是由于现有的掺Er激光器(玻璃介质)属于三能级结构，其缺点表现为阈值较高且效率较低，故开发新的掺Er激光器很有必要。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃，所述的激光玻璃在发射波长位于800nm～1100nm的激光二极管或固体激光器的激发下产生近红外发光，可应用于近红外激光通讯等领域，并且阈值较低同时效率较高，有着重要的应用前景。本专利技术的第二目的在于提供所述的掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃的制备方法，所述的制备方法能充分发挥Er3+光学效应，并且生产效率高，成本低。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了以下技术方案：一种掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃，主要由Bi2O3、GeO2和含Er3+的化合物制成；其中，以Bi2O3和GeO2的总摩尔数计，Er3+的浓度为0.5％-5.0％。本专利技术与现有技术的主要区别在于选择了一种独特的掺杂基质——Bi2O3-GeO2基质，该基质可以掺杂高浓度的Er3+，有效的掺杂浓度为0.5mol％-5.0mol％，而且掺杂之后的输出功率能达到1.5W以上，斜率效率达20％以上。由此可见，与现有技术相比，本专利技术所提供的激光玻璃具有较高的Er3+掺杂浓度，而且阈值低、效率高，可以大大降低玻璃的制作成本，综合性能明显高于1.5-1.6μm波段的其它激光器，可应用于近红外激光通讯，且输出的激光波长正好位于光传输损耗较低的工作窗口，即1525nm左右，有着重要的应用前景。以上激光玻璃还可以进一步改进，例如：一般情况下，Er3+的掺杂化学形式有很多种，只要对激光玻璃的性能没有太大负面影响即可。其中，优选选自Er2O3、ErCl3的一种或多种混合，更优选Er2O3，氧化态的饵对激光活性的不利影响较小，甚至无影响。通常，Er3+的掺杂浓度越高，激光玻璃的放大增益以及饱和输出功率越高，但同时制作成本及难度也会相应增加，优选地，以Bi2O3和GeO2的总摩尔数计，Er3+的浓度为1.0％-2.4％时，应用于工业性价比较高，更优选为1.5％-2.4％。本专利技术所述的Bi2O3-GeO2系激光玻璃是指以Bi2O3、GeO2的混合物为基质玻璃，两者的摩尔比只要满足能发挥Er3+的光学活性即可，其中优选80-90:20-10，此比例下，材料发射的激光寿命长，1525nm处的半衰期在5毫秒以上，且光强度大。本专利技术所述的激光玻璃可采用玻璃品常用的加工方法，即加热熔融、冷却等工序，虽然常用的工艺条件也适用于本专利技术，但由于工艺条件对激光玻璃的性能有重要影响，本专利技术提供了以下优选的制备方法：取原料混合加热至熔融态，再将玻璃液倒在预热至300-340℃的模具中，再在350-400℃下进行退火，之后冷却，即得产品。该制备方法突出的特点是退火的工艺条件，即在350-400℃的高温气氛炉中进行退火。对于本专利技术的配方而言，在此工艺下能充分消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，使激光玻璃具有更均匀、稳定的激光性能，以及阈值较低、效率较高的发光性能。本专利技术所述的加热熔融一般是在无氧条件下进行，优选在氮气环境中进行，气体的流量优选为0.5-0.6L/min。加热熔融的温度及升温速率优选为：以5-10℃/min升温速率升温至1100-1150℃，在此温度保温1-1.5h。本专利技术所述的退火进一步为：在350-400℃的高温气氛炉中保温1.5-2h。按照玻璃成品的一般生产工艺，在达到熔融态之后，以及退火之前还有成型过程，即将熔融态的物料置于模具中，以便成型，模具的温度优选预热至(或接近)退火温度。优选地，所述冷却之后还包括：采用X射线对产品进行辐照处理。通过辐照提高玻璃发光中心的浓度，所述X射线优选为：能量为20KeV-40KeV，辐照剂量范围为10KGy-30KGy，剂量率为50Gy/h-200Gy/h。与现有技术相比，本专利技术可以达到以下技术效果：(1)为Er研究出一种新的掺杂基质——Bi2O3-GeO2系玻璃，掺杂之后，整体产品的阈值降低，效率提高，激光寿命延长；(2)优化了原料比，进一步提高了激光玻璃的综合性能；(3)制备方法能充分发挥Er3+光学效应，并且生产效率高，成本低；(4)在制备过程中增设了X射线辐照过程，极大提高了玻璃发光中心的浓度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1提供的玻璃在808nmLD激发下的发射光谱；图2为本专利技术实施例1提供的玻璃1525nm处发射峰的衰减时间曲线。具体实施方式下面将结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺Er3+的Bi2O3‑GeO2系激光玻璃，其特征在于，主要由Bi2O3、GeO2和含Er3+的化合物制成；其中，以Bi2O3和GeO2的总摩尔数计，Er3+的浓度为0.5％‑5.0％。

【技术特征摘要】
1.一种掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃，其特征在于，由Bi2O3、GeO2和含Er3+的化合物制成；其中，以Bi2O3和GeO2的总摩尔数计，Er3+的浓度为0.5％-5.0％；Bi2O3与GeO2的摩尔比为80-90:20-10。2.根据权利要求1所述的掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃，其特征在于，所述含Er3+的化合物选自Er2O3、ErCl3的一种或多种混合。3.根据权利要求1所述的掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃，其特征在于，以Bi2O3和GeO2的总摩尔数计，Er3+的浓度为1.0％-2.4％。4.根据权利要求1所述的掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃，其特征在于，以Bi2O3和GeO2的总摩尔数计，Er3+的浓度为1.5％-2.4％。5.权利要求1-4任一项所述的掺Er3+的Bi2O3-GeO2系激光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取原料混合加热至熔融态的玻璃液，再将所述玻璃液倒在预热至300-340℃的模具中，再在350-400℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞平胜，程俊华，张霞，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32