一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃，各组分所占摩尔百分比为：锗基氧化物65～87％，A2O33～10％，BO 0～15％，C2O 0～10％，氮化物0.0001～10％，铋源0.001～1.0％。本发明专利技术通过对低量铋掺杂的锗酸盐基玻璃添加氮化物，调节铋离子近红外发光中心的种类和比例，所得光学玻璃产物可覆盖420～620nm的宽带吸收峰，在400～510nm或840～900nm的激光激发下，具有两个发光峰，在445～475nm蓝光激发下，发光峰分别位于1170nm和1500nm附近，且能够覆盖1000‑1700nm范围通讯波段的超宽带光学性能，放大带宽可达480nm。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能材料
，具体涉及一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃及其制备方法。
技术介绍
锗酸盐光学玻璃具有较低的声子那能量，宽广的成玻璃范围，良好的光学性能和较好的机械性能及化学稳定性，具有较宽的红外透过范围及较高的折射率，其高的折射率和低的声子能量有助于玻璃中无辐射跃迁的几率和提高铋离子的发射截面，可以使铋离子的发光效率进一步提高。1998年，三菱电线工业株式会社的藤本靖等人公开了一种掺秘石英玻璃、光纤及光放大器制造方法(特许公开平11-29334)，他们利用铋交换的沸石作为分散介质，结合Sol～gel方法和高温熔融法，在空气条件下制备了掺Bi石英玻璃、拉制出相应的光纤、实现了800nm泵浦下的1.3um处的光放大。这种玻璃的荧光峰值位于1130nm附近，最大的荧光半高宽为250nm。2001年，藤本靖等人提出了一种光纤及光放大器(特许公开2002-252397)，其玻璃基质组成为：Al2O3-SiO2-Bi2O3，于1750℃空气下熔制，拉制出相应的光纤、实现了0.8um泵浦下的1.3um处的光放大。2001年，Fujimoto与Nakatsuka在Jpn.J.App.Phys.,40,(2001)L279报道在空气下制备的Bi掺杂的Al2O3-SiO2玻璃，在800nm激光激发下近红外光放大实现增益。浙江大学邱建荣等连续申请了一系列名称为“纳米铋团簇掺杂二氧化硅基光学玻璃及其制备方法”、“用于可调谐激光器和宽带放大器的铋离子掺杂晶体”、“掺铋锗基光学玻璃”、“掺铋高硅氧近红外宽带发光玻璃的制备方法”、(专利公开号分别为200510024483.X，200510023597.2，200410054216.2，200410054217.7)关于铋掺杂玻璃作为光放大材料的专利。昆明理工大学邱建备等连续申请了一系列题为“一种铋掺杂硅硼铝酸盐光学玻璃及其制备方法”、“一种铋掺杂锗酸盐基超宽带光学玻璃及其制备方法”、“一种掺铋的硅磷酸盐基光学玻璃及其制备方法”、“一种铋掺杂硅铝钙光学玻璃及其制备方法”、“铋掺杂硅锌硼基光学玻璃及其制备方法”、“铋掺杂磷硅酸基光学玻璃及其制备方法”、“铋掺杂锶铝硼基光学玻璃及其制备方法”、“铋掺杂锗锌硼基光学玻璃及其制备方法”、(专利公开号分别为201310016923.1，201210537531.5，201110129876.2，200910218204.1，200910094183.7，200910094186.0，200910094184.1，200910094185.6)。然而上述报导中，均是通过将半导体激光器作为泵浦光源来实现近红外的超宽带光放大，很少采用蓝光附近的光作为泵浦光源，材料发光带宽范围在200-400nm之间，不能完全覆盖目前所有的光通讯波段，局限了铋离子掺杂近红外材料的使用范围。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃，通过对低量铋掺杂的锗酸盐基玻璃添加氮化物，调节铋离子近红外发光中心的种类和比例，使所得光学玻璃产物可覆盖所有光通讯波段的超宽带近红外发光。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃，各组分所占摩尔百分比为：锗基氧化物65～87％，A2O33～10％，BO 0～15％，C2O 0～10％，氮化物0.0001～10％，铋源0.001-1.0％。优选的，所述铋掺杂锗酸盐光学玻璃中，各组分所占摩尔百分比为：锗基氧化物65～87％，A2O3 3～10％，BO 0～15％，C2O 0～10％，氮化物0.0001～10％，铋源0.01～0.099％。上述方案中，所述锗基氧化物由氧化锗与氧化硅以1:(0～0.25)的质量比混合而成。上述方案中，所述A2O3为三价氧化物或热分解得到三价氧化物的化合物，它可选用氧化铝(Al2O3)、氧化硼(B2O3)、氧化镓(Ga2O3)中的一种或几种，或氧化铝(Al2O3)、氢氧化铝(Al(OH)3)、氧化硼(B2O3)、硼酸(H3BO3)、氧化镓(Ga2O3)中的一种或几种。上述方案中，所述BO为二价氧化物或热分解得到二价氧化物的化合物，它可选用氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)、氧化钡(BaO)、氧化锌(ZnO)、氧化镉(CdO)、氧化铅(PbO)中的一种或几种，或氧化镁(MgO)、碳酸镁(MgCO3)、碱式碳酸镁(4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O)、氧化钙(CaO)、碳酸钙(CaCO3)、氧化锶(SrO)、碳酸锶(SrCO3)、氧化钡(BaO)、碳酸钡(BaCO3)、氧化锌(ZnO)、碳酸锌(ZnCO3)、氧化镉(CdO)、碳酸镉(CdCO3)、氧化铅(PbO)、碳酸铅(PbCO3)中的一种或几种。上述方案中，所述C2O为一价氧化物或热分解得到一价氧化物的化合物，它可选用氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)中的一种或几种，或氧化锂(Li2O)、碳酸锂(Li2CO3)、氧化钠(Na2O)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、氧化钾(K2O)、碳酸钾(K2CO3)中的一种或几种。上述方案中，所述可选用氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)中的一种或几种。上述方案中，所述铋源为BiCl3、Bi2O3或NaBiO3·2H2O等。上述一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃的制备方法，包括如下步骤：1)原料的称取：按以下配比称取各组分，锗基氧化物65～87％，A2O3 3～10％，BO 0～15％，C2O 0～10mol％，氮化物0.0001～10％，铋源0.001～1.0％；2)高温熔融处理：将步骤1)称取的各组分混合均匀，然后升温至1300～1600℃保温20～180min，得熔融液体；3)退火处理：将步骤2)所得熔融液体转移至退火炉中加热至400～750℃保温1～48小时，
然后随炉降温至室温，即得所述的铋掺杂锗酸盐光学玻璃。优选的，所述高温熔融处理的温度为1400～1550℃，时间为20～60min。优选的，所述退火处理的温度为400～500℃，时间为2～10h。上述方案所述或根据上述方案制备的铋掺杂锗酸盐光学玻璃，可覆盖420～620nm的宽带吸收峰，在400～510nm或840～900nm的激光激发下，具有两个发光峰，在商用445～475nm蓝光半导体激光器或445～475nm蓝光LED激发下，发光峰分别位于1170nm和1500nm附近，且能够覆盖1000nm至1700nm范围通讯波段的超宽带光学性能，放大带宽可达480nm。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术通过对锗酸盐基光学玻璃进行铋掺杂，同时添加氮化物，利用氮化物在高温下的分解产生的弱还原作用，实现对不同种类铋近红外发光中心的种类和数量进行调节，从而产生超宽带近红外发光。2)本专利技术通过对铋源进行低量掺杂，避免了高铋掺杂导致的锗酸盐光学玻璃在热处理、拉制光纤或光激发过程中易产生的玻璃变暗或玻璃发光猝灭现象。3)本专利技术所得铋掺杂锗酸盐光学玻璃可覆盖420～620nm的宽带吸收峰，在400～510nm或840～900nm的激光激发下，具有两个发光峰，在商用445～475nm蓝光半导体激光器或445～475nm蓝光LED激发下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃，各组分所占摩尔百分比为：锗基氧化物65～87％，A2O3 3～10％，BO 0～15％，C2O 0～10％，氮化物0.0001～10％，铋源0.001～1.0％。

【技术特征摘要】
1.一种铋掺杂锗酸盐光学玻璃，各组分所占摩尔百分比为：锗基氧化物65～87％，A2O33～10％，BO 0～15％，C2O 0～10％，氮化物0.0001～10％，铋源0.001～1.0％。2.根据权利要求1所述的铋掺杂锗酸盐光学玻璃，其特征在于，各组分所占摩尔百分比为：锗基氧化物65～87％，A2O3 3～10％，BO 0～15％，C2O 0～10％，氮化物0.0001～10％，铋源0.01～0.099％。3.根据权利要求1所述的铋掺杂锗酸盐光学玻璃，其特征在于，所述锗基氧化物由氧化锗与氧化硅以1:(0～0.25)的质量比混合而成。4.根据权利要求1所述的铋掺杂锗酸盐光学玻璃，其特征在于，所述A2O3为氧化铝、氧化硼、氧化镓中的一种或几种，或氧化铝、氢氧化铝、氧化硼、硼酸、氧化镓中的一种或几种；所述BO为氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡、氧化锌、氧化镉、氧化铅中的一种或几种，或氧化镁、碳酸镁、碱式碳酸镁、氧化钙、碳酸钙、氧化锶、碳酸锶、氧化钡、碳酸钡、氧化锌、碳酸锌、氧化镉、碳酸镉、氧化铅、碳酸铅中的一种或几种；所述C2O为氧化锂、氧化钠、氧化钾中的一种或几种，或氧化锂、碳酸锂、氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钾、碳酸钾中的一种或几种。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮健，刘成振，刘志国，阮威威，汪思昊，韩建军，赵修建，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42