本发明专利技术公开的超宽带近红外发光透明微晶玻璃是在过渡金属离子掺杂的玻璃中含有两种或两种以上１～１０００纳米微晶的玻璃，过渡金属离子掺杂浓度为０．０１－５ｍｏｌ％。本发明专利技术的超宽带近红外发光透明微晶玻璃，和稀土离子、过渡金属离子掺杂的晶体材料相比，具有容易加工的特点；和稀土离子、过渡金属离子掺杂的只含有单一晶相的微晶玻璃材料相比，具有更宽的红外带宽。可用于超宽带红外光源，超宽带光纤放大器和可调谐激光器。
Ultra wideband near infrared light emitting transparent glass ceramics
The invention discloses super broadband near infrared luminescence transparent glass ceramics containing two or more than two kinds of 1 ~ 1000 nano microcrystalline glass in glass doped with transition metal ions, transition metal ions doping concentration is 0.015mol%. Super broadband near infrared luminous transparent glass ceramics of the invention, compared to crystalline materials and rare earth ions and transition metal ions doped, has the characteristics of easy processing; compared to glass ceramics materials and rare earth ions and transition metal ions doped contains only a single crystal phase, infrared has wider bandwidth. It can be used in ultra wideband infrared light source, ultra wideband fiber amplifier and tunable laser.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种透明微晶玻璃，尤其是超宽带近红外发光透明微晶玻璃。
技术介绍
带宽是宽带光纤放大器和超短脉冲激光器增益介质的重要参数，长期以来 人们一直在寻求方法去增加近红外发光增益介质的带宽。在稀土离子掺杂的玻 璃介质中，可通过调控介质的组分和多种稀土离子共掺的方法实现增加带宽的目的。但是，由于稀土离子的4/-4/电子跃迁过程在外层电子的屏蔽作用下进行， 其对应的发光带宽受到了很大的限制。利用拉曼效应是增加带宽的另外一个方 法。从理论上而言，只要有合适的泵浦源，可获得任意波段的激光。虽然如此， 拉曼激光器复杂的结构和高功率泵浦源的要求限制了它的应用。过渡金属离子3d电子跃迁受配位场影响很大，较强的电子一声子作用可以 产生宽带的发光，而且在近红外波段也有对应3d电子跃迁的能级。因此选用过 渡金属离子作为发光离子可以实现近红外的宽带发光。在过去的研究中，过渡 金属离子激活的晶体介质中已经实现了宽带的发光，典型的例子如Al203:Ti3， MgO:Ni2+。但是，晶体材料的制备成本很高；另一方面，晶体材料加工性能差 的弱点限制了其应用于光纤放大器的增益介质。人们也尝试将过渡金属离子掺 杂的玻璃做成宽带增益材料，可过渡金属离子在玻璃基质中非辐射跃迁很强， 发光效率很低甚至不发光。微晶玻璃材料是一类在连续的玻璃相中分布有纳米晶的杂化材料。其制备 方法通常是先制备设计好组分的玻璃，然后将获得的玻璃体系经过热处理原 位析出纳米晶。如果在前驱玻璃体系中掺入活性离子，在纳米晶析出过程中活 性离子会选择性的掺入微晶相中，表现出和活性离子掺杂晶体相似的发光特征。 因此该类杂化材料可以综合玻璃的易加工性和活性离子掺杂晶体具有的高发光 效率的优点。近几年，相关研究在尝试将该类杂化材料用于新型近红外宽带增 益介质。Coming公司的Pinckney等在Cr"掺杂的Mg2Si04， Zn2Si04和 Li2(Zn，Mg)Si04微晶玻璃，和N产掺杂的尖晶石微晶玻璃中实现近红外的宽带发 光。Coming的Samson等将N产掺杂的尖晶石微晶玻璃做成了光纤，将该类杂 化材料在宽带光纤放大器和激光器中的应用推进了一步。日本Ohishi等也相继 研究了 N产掺杂ZnAl204和LiGa508微晶玻璃的红外发光特点。上述的所有研究 都围绕只含有单一晶相的N产掺杂微晶玻璃材料进行，因此上述的微晶玻璃材料红外发光的带宽和过渡金属离子掺杂的单晶材料接近，没能够实现超宽带的发光。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超宽带近红外发光透明微晶玻璃。 本专利技术的超宽带近红外发光透明微晶玻璃，是在过渡金属离子掺杂的玻璃 中含有两种或两种以上1 1000纳米微晶的玻璃，过渡金属离子掺杂浓度为0.01-5mol%。本专利技术中，所说的过渡金属离子为Ni2+，C02+,V3+,V5+,Mn6+,Cr3+， C,+,FeS+和 F^+中的一种或几种。本专利技术中，所说的两种或两种以上的纳米微晶是Ga203, Zn2Al204， ZnGa204, LiGa508, LiAlSi04 NaAlSi04， Mg2Si04, MgAl2Si3O10, Zn2Si04， Li2(Zn,Mg)Si04 和MgF2中的两种或两种以上的混合体。本专利技术中，所说的玻璃可以是硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硼硅酸盐，硼磷酸 盐或硅磷酸盐。上述微晶为1 1000纳米，纳米粒子小于1纳米，则进入纳米粒子的活性 离子浓度过低，难以实现高效发光。若纳米粒子太大，大于1000纳米，则会使 样品失透。过渡金属的离子浓度为0.01-5mol%，过低不利于发光。过高，由于 浓度淬灭，也会使发光减弱。本专利技术的超宽带近红外发光透明微晶玻璃，是在过渡金属离子掺杂的玻璃 中，选择性的原位析出两种或者两种以上纳米尺度的微晶，当不同的微晶在玻 璃中析出时，过渡金属离子分别掺入不同的微晶中，由于过渡金属离子的3d电 子跃迁很容易受到晶体场环境影响，因此不同微晶中的过渡金属离子可在不同 波段发光，通过发光峰位的组合，可实现超宽带的发光。本专利技术的超宽带近红外发光透明微晶玻璃，和稀土离子、过渡金属离子掺 杂的晶体材料相比，具有容易加工的特点；和稀土离子、过渡金属离子掺杂的 只含有单一晶相的微晶玻璃材料相比，具有更宽的红外带宽。可用于超宽带红外光源，超宽带光纤放大器和可调谐激光器。 具体实施例方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。实施例l:对CV+离子掺杂的含有Li20， MgO和ZnO的硅酸盐玻璃进行热处理，原位 析出Li2MgSi04(平均尺寸20nm)和Zn2SiO4(平均尺寸20nm)微晶，C一+离子掺杂浓度是0.01mol%。 C一+离子在Li2MgSi04和Zn2Si04微晶中的发光峰位分别位 于1200nm (半高宽为200nm)和1350nm (半高宽为200nm)，通过两个发光峰 的组合，获得半高宽为350nm的红外超宽带发光。 实施例2:对V^离子掺杂的含有ZnO， 0&03和Al203的硼酸盐玻璃进行热处理，原 位析出Ga2Cb(平均尺寸5nm)和ZnAl204(平均尺寸30nm)微晶，V^离子掺杂 浓度是0.1mol%。 V^离子在Ga203和ZnAl204微晶中的发光峰位分别位于 1200nm (半高宽为200nm)和1300nm (半高宽为200nm)，通过两个发光峰的 组合，获得半高宽为300nm的红外超宽带发光。实施例3:对Mn"离子掺杂的含有Li20， Ga203和A1203的磷酸盐玻璃进行热处理， 原位析出LiGa508 (平均尺寸3nm)和LiAlSi04(平均尺寸800nm)微晶，Mn6+ 离子掺杂浓度是lmol°/。。 Mn"离子在LiGa50s和LiAlSi04微晶中的发光峰位分 别位于1250nm (半高宽为200nm)和1300nm (半高宽为200nm)，通过两个发 光峰的组合，获得半高宽为250nm的红外超宽带发光。实施例4:对N产离子掺杂含有Ga203和MgO的微晶硼硅酸盐玻璃进行热处理，原位 析出Ga203 (平均尺寸3nm)和Mg2Si04(平均尺寸800nm)微晶，N产离子掺杂 浓度是lmol。/。。N产离子在Ga203和Mg2Si04微晶中的发光峰位分别位于1200nm (半高宽为200nm)和1500nm (半高宽为200nm)，通过两个发光峰的组合， 获得半高宽为400rnn的红外超宽带发光。实施例5:对N严离子掺杂的含有Ga203， MgO和MgF2的硅磷酸盐玻璃进行热处理， 原位析出Ga203 (平均尺寸15nm)， Mg2Si04 (平均尺寸60腿)和MgF2 (平均 尺寸40nm)微晶，Ni2+离子掺杂浓度是5mol%。 N产离子在Ga203和Mg2Si04 和MgF2微晶。中的发光峰位分别位于1200nm (半高宽为200nm)， 1500nm (半 高宽为200nm)和和1600nm (半高宽为200nm)，通过三个发光峰的组合，获 得半高宽为500nm的红外超宽带发光。从以上实施例可见，本专利技术利用在过渡金属离子掺杂的玻璃中原位析出两种 或者两种以上的微晶玻璃，不同种类的微晶中过渡金属离子发光峰位处于不同 波段，通过发光峰位的组合，可以有本文档来自技高网...
【技术保护点】
超宽带近红外发光透明微晶玻璃，其特征是在过渡金属离子掺杂的玻璃中含有两种或两种以上１～１０００纳米微晶的玻璃，过渡金属离子掺杂浓度为０．０１－５ｍｏｌ％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周时凤，邱建荣，朱斌，杨护成，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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