一种具有高红外泵浦效率的掺铒碲酸盐玻璃及制备方法技术

本发明专利技术属于电子材料技术领域，是一种具有高效红外泵浦效率的掺铒碲酸盐玻璃及制备方法。在通常掺铒碲酸盐玻璃中引入ＮＨ↓［４］Ｈ↓［２］ＰＯ↓［４］和Ｌｉ↓［２］ＣＯ↓［３］、和／或Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］、和／或Ｋ↓［２］ＣＯ↓［３］，组成为：通常掺铒碲酸盐玻璃组分＋ｘＰ↓［２］Ｏ↓［５］＋ｙＭ↓［２］Ｏ，其中Ｍ为碱金属Ｌｉ、和／或Ｎａ、和／或Ｋ，ｘ，ｙ分别为Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］和Ｍ↓［２］Ｏ的摩尔百分数，０＜ｘ＜２０，０＜ｙ＜５０。制备方法是将所用原料充分磨混均匀，在６００℃－１２００℃温度内加热，取出迅速倒在事先预热的模具上形成玻璃样品，经退火、切割、抛光处理。本发明专利技术引入具有恰当声子能量的氧化物，大幅度提高了发射强度之比和０．９８μｍ的泵浦效率，保持１．５μｍ发射的量子效率不受影响，在宽带光通信光放大器系统中有重要应用前景。

A kind of high efficiency infrared pumped erbium-doped tellurite glass and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of electronic materials, is a kind of high efficiency infrared pumped erbium-doped tellurite glass and preparation method thereof. Usually in erbium-doped tellurite glass is introduced in the NH: 4 H: 2 PO: 4 and Li: 2 CO: 3, Na and / or CO: 2: 3, and / or K: 2 CO: 3,. Is usually erbium-doped tellurite glass components + xP: 2 O: 5 + yM: 2 O, wherein M is alkali metal Li, and / or Na, and / or K, x, y were P down 2 O: 5 and M: \2 mole percent of O, 0 < x < 20 < y < 50, 0. The preparation method is that the raw material mill fully mixed and heated to 600 DEG C temperature 1200, remove quickly down form glass samples in advance on the mould preheating, cutting, polishing, annealing. The invention has the proper introduction of the phonon energy of the oxide, greatly improve the pump efficiency and emission intensity ratio of 0.98 m, keep the quantum efficiency 1.5 m emission is not affected, has important application prospect in optical communication system in broadband optical amplifier.

【技术实现步骤摘要】
所属领域本专利技术属于电子材料
，涉及一种掺铒碲酸盐玻璃，具体地说是一种具有高0.98μm红外泵浦效率的掺铒碲酸盐玻璃及制备方法。
技术介绍
掺铒石英玻璃在0.98μm红外光泵浦下具有高效1.5μm红外发射的性能，是目前应用于红外1.5μm光通信窗口光放大器的基础材料。由于大容量光通信的需要，宽带1.5μm光通信是必然的发展方向。由于掺铒石英玻璃的1.5μm红外发射的带宽窄，约30nm，不能满足将来宽带光通信需要，因此，具有宽带和高效1.5μm发射的新型掺铒玻璃的研制倍受关注。掺铒碲酸盐玻璃具有大的1.5μm跃迁的吸收和发射截面，7～8×10-21cm2，高的1.5μm发射效率，＞90％，和宽的1.5μm发射带，＞60nm，因此，掺铒碲酸盐玻璃的光学综合性能优于其它玻璃，是最有希望用于宽带通信光放大的材料之一(J.S.Wang，E.M.Vogel，and E.Snitzer，Opt.Mater.，3，187(1994))。但是，掺铒碲酸盐玻璃存在的问题之一是，材料的声子能量小～700cm-1，小于石英玻璃的1100cm-1，因此，在0.98μm泵浦下，4I11/2能级向4I13/2能级的弛豫速率小，导致光泵浦效率低，不利于4I13/2能级的布局积累和实现光放大。低的泵浦效率在光谱上表现为，1.5μm的发射强度与0.98μm的发射强度之比(以下简称“强度比”)小，因此，提高掺铒碲酸盐玻璃的强度比从而提高0.98μm泵浦效率是实现其用于宽带光通信的重要环节之一。国际上，韩国电子和通信研究所(Doo Hee Cho，Yong Gyu Choi，andKyong Hon Kim，ETRI Journal 23(4)，151(2001)；Y.G.Choi，D.S.Lim，K.H.Kim，D.H.Cho，and H.K.Lee，Electron.Lett.35(20))、英国Leeds大学(Shaoxiong Shen，Mira Naftaly，and Animesh Jha，Opt.Comm.205，101(2002))开展了提高掺铒碲酸盐玻璃4I11/2能级向4I13/2能级弛豫速率的研究工作。韩国研究人员利用多声子弛豫原理，通过向玻璃中引入B2O3显著提高了弛豫速率，一方面，表现为强度比显著增提高，但是，另一方面，由于B-O键具有大的声子振动能～1500cm-1，因此，B2O3的引入也加快了1.5μm发射的无辐射速率，明显降低了1.5μm发射的量子效率，玻璃综合光学性能下降。韩国和Leeds大学研究人员利用能量传递原理，通过引入稀土氧化物Ce2O3获得了较好的结果。在碲钨玻璃中引入4％重量比的Ce2O3后，强度比增至原来碲钨玻璃的3倍，同时1.5μm发射的量子效率不受影响，反映在1.5μm发射寿命不变短。中国的研究人员(Jianhu Yang，Liyan Zhang，Lei wen，Shixun Dai Lili Hu，andZhonghong Jiang，Chem.Phys.Lett.384，295(2004))尝试掺杂Eu3+和Tb3+利用能量传递提高强度比，实验表明，1.5μm发射效率明显下降，玻璃综合光学性能下降。
技术实现思路
本专利技术在于利用多声子弛豫原理，引入具有恰当声子能量的添加剂，目的是提供，能大幅度提高强度比，达到原来的4倍以上，同时保持1.5μm发射的量子效率不受影响。本专利技术关键内容在于，在通常掺铒碲酸盐玻璃中引入NH4H2PO4和Li2CO3、和/或Na2CO3、和/或K2CO3，玻璃的组成可用下式表示通常掺铒碲酸盐玻璃组分+xP2O5+yM2O其中M为碱金属Li、和/或Na、和/或K，引入碱金属M的作用是提高磷的溶解度；x，y分别为P2O5和M2O的摩尔百分数，其中，0＜x＜20，0＜y＜50。本专利技术所用原料分别为NH4H2PO4和Li2CO3、和/或Na2CO3、和/或K2CO3。本专利技术的玻璃制备方法描述如下。本专利技术是在玻璃中加入TeO2、WO3、Er2O3，同时加入本专利技术所用的原料NH4H2PO4和Li2CO3、和/或Na2CO3、和/或K2CO3。按表达式通常掺铒碲酸盐玻璃组分+xP2O5+yM2O的组成计算称取原料。将上述原料充分磨混均匀，置入高纯刚玉坩埚或铂坩埚中，放入炉中；在600℃-1200℃温度内加热1-3小时后，取出迅速倒在事先预热的模具上形成玻璃样品。将玻璃样品放入300℃-500℃的炉中，缓慢降温退火30-50小时，温度降至室温。退火后的玻璃经切割、抛光处理，得到含P2O5的掺铒碲酸盐玻璃。本专利技术的特点在于，不同于国际报道的利用能量传递原理引入Ce2O3的方法，而是利用多声子弛豫原理，在通常掺铒碲酸盐玻璃中引入具有恰当声子能量约1200cm-1的P2O5，可大幅度提高强度比，能达到原来的4倍以上，高于国际报道的水平，并且保持1.5μm发射的量子效率不受影响，具体见附图1和图2的实验结果。附图说明图1掺铒碲钨磷玻璃40TeO2-(0.39.5-x)WO3-20Li2O-xP2O5-0.5Er2O3，不同掺磷比例下的红外发射谱，0.8μm激发。显示，随磷增加，0.98μm发射减弱，1.5μm发射相对增强。表明这种新型掺铒碲酸盐玻璃具有高的0.98μm光泵浦效率。图2掺铒碲钨磷玻璃40TeO2-(0.39.5-x)WO3-20Li2O-xP2O5-0.5Er2O3，1.5μm发射强度与0.98μm发射强度比和1.5μm发射能级寿命与掺磷比例的变化。显示，当掺磷比例为7％时，强度比增大到原掺铒碲钨玻璃的4倍，且寿命不减少。表明这种新型掺铒碲酸盐玻璃在具有高的0.98μm光泵浦效率的同时，并且保持1.5μm发射的量子效率不受影响。○、■分别表示1.5μm发射的寿命和强度比。具体实施例方式实施例1制备P2O5含量为1％摩尔比的掺铒碲钨磷玻璃。称取6.38gTeO2，8.92g WO3，1.48g Li2CO3，0.23g NH4H2PO4，和0.19g Er2O3。将它们混合，磨混均匀后放入刚玉坩埚中盖上盖，在炉中920℃熔化成液态3小时后，然后快速取出倒在事先已预热的钢板上成形。将玻璃样品放入400℃高温炉中，缓慢降温退火，退火时间经30-50小时至室温。最后将玻璃样品按需要切割、抛光和清洗处理，得到体色为浅粉色的玻璃，其组成为40TeO2-38.5WO3-20Li2O-P2O5-0.5Er2O3。该玻璃的红外发射对应图1中x＝1的光谱。实施例2制备P2O5含量为2％摩尔比的掺铒碲钨磷玻璃。称取6.38gTeO2，7.53g WO3，1.85g Li2CO3，0.46g NH4H2PO4，和0.19g Er2O3。将它们混合，磨混均匀后放入刚玉坩埚中盖上盖，在炉中940℃熔化成液态3小时后，然后快速取出倒在事先已预热的钢板上成形。将玻璃样品放入400℃高温炉中，缓慢降温退火，退火时间经30-50小时至室温。最后将玻璃样品按需要切割、抛光和清洗处理，得到体色为浅粉色的玻璃，其组成为40TeO2-32.5WO3-25Li2O-2P2O5-0.5Er2O3，该玻璃的红外发射对应图1中x＝2的光谱。实施例3制备P2O5含量为5％摩尔比的掺铒碲钨磷玻璃。称取6.38gTe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高红外泵浦效率的掺铒碲酸盐玻璃，其特征在于引入ＮＨ↓［４］Ｈ↓［２］ＰＯ↓［４］和Ｌｉ↓［２］ＣＯ↓［３］、和／或Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］、和／或Ｋ↓［２］ＣＯ↓［３］，玻璃的组成可用下式表示：通常掺铒碲酸盐玻璃组分＋ｘＰ↓ ［２］Ｏ↓［５］＋ｙＭ↓［２］Ｏ其中Ｍ为碱金属Ｌｉ、和／或Ｎａ、和／或Ｋ，ｘ，ｙ分别为Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］和Ｍ↓［２］Ｏ的摩尔百分数，０＜ｘ＜２０，０＜ｙ＜５０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张家骅，骆永石，王笑军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]