一种光放大玻璃及其生产方法技术

一种光放大玻璃材料，其特征在于：该光放大玻璃材料组分以摩尔百分比表示如下　　　　ＳｉＯ↓［２］　　４０～７５　　　　Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］　　０～１５　　　　Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］　　１～１５　　　　Ｎａ↓［２］Ｏ　　５～２５　　　　Ｋ↓［２］Ｏ　　１～１０　　　　ＭｇＯ　　０～９　　　　ＺｎＯ　　２～１０　　　　ＣａＯ　　０～１５　　　　ＢａＯ　　１～８　　　　Ｅｒ↓［２］Ｏ↓［３］　　０．０１～３．５。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Light amplifying glass and producing method thereof

A light magnifying glass material, which is characterized in that: the optical amplification glass material component in a molar percentage of SiO 2 is expressed as follows: 40 ~ 75 B: 2 O: 3 - 0 - 15 Al: 2 O: 3 - 1 - 15 Na: 2 O 5 25 ~ K: 2 O 1 MgO 0 ZnO 9 ~ 10 ~ 2 ~ 10 ~ 0 CaO 15 BaO 1 ~ 8 Er: 2 O: 3 - 0.01 - 3.5.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光放大玻璃材料及其制备方法，该光放大玻璃可用于光通讯中光波导放大器的基础玻璃，亦可拉制成光纤。
技术介绍
光通讯中大多使用掺铒光纤放大器。掺铒光纤放大器中使用的增益介质为掺铒光纤。掺铒光纤放大器(EDFA)中增益介质Er3+的掺杂浓度仅仅是掺铒波导放大器(EDWA)中的1/100，故掺铒光纤放大器(EDFA)需使用几米长的掺铒光纤作为增益介质，制造成本较高。采用掺铒光纤制造的掺铒光纤放大器，体积相对较大，不便于集成化。目前制造掺铒光波导放大器(EDWA)的基础玻璃主要是磷酸盐玻璃。掺铒磷酸盐玻璃材料虽具有声子能量小的优点，但制作工艺中磷酸盐物质挥发大，组份难以控制，因而其玻璃的稳定性和生产可重复性较差。
技术实现思路
本专利技术解决了
技术介绍
增益介质(Er3+)的掺杂浓度小，制造成本高，产品无法满足集成化需求，玻璃组份难以控制和玻璃材料性能不稳定的技术问题。本专利技术的技术解决方案是一种光放大玻璃材料，其特殊之处在于该光放大玻璃材料组分以摩尔百分比表示如下SiO240～75B2O30～15Al2O31～15Na2O 5～25K2O1～10MgO 0～9ZnO 2～10CaO 0～15BaO 1～8Er2O30.01～3.5上述组分以摩尔百分比表示的较佳方案之一为SiO258.0ZnO 5.0Al2O37.5 CaO 2.5Na2O20.0BaO 2.0K2O 2.0 Er2O30.5MgO 2.5 上述组分以摩尔百分比表示的较佳方案之一为SiO252.5K2O 4.5B2O39.0 ZnO5.0Al2O34.5 BaO4.5Na2O 14.0Er2O32.5上述组分以摩尔百分比表示的较佳方案之一为SiO249.0ZnO10.0B2O37.0 CaO7.5Al2O34.0 BaO3.25Na2O 13.0Er2O30.25K2O6.0上述组分以摩尔百分比表示的较佳方案之一为SiO264.5MgO0.5B2O37.0 ZnO1.5Al2O32.5 BaO1.0Na2O 20.0Er2O31.5K2O0.5上述组分以摩尔百分比表示的较佳方案之一为SiO249.0MgO6.5B2O33.0 ZnO3.5Al2O39.0 CaO2.5Na2O 18.0BaO3.3K2O4.0 Er2O31.2一种生产上述光放大玻璃材料的方法，其特殊之处在于该生产方法的步骤如下1].按组分及其摩尔百分比配制原料，将原料混合均匀，称取混合后的原料；2].用硅碳棒加热电炉至1100℃～1300℃，逐次加入原料；3].继续加热电炉至原料熔为玻璃液，在1250℃～1400℃时，搅拌玻璃液2h～4h；4].停止加热，待炉温降至1150℃～1320℃时，将玻璃液倒入经预热的铜模具中；5].将玻璃放入退火炉中，进行精密退火。上述加入原料的温度以1180℃～1250℃为宜；所述搅拌玻璃液的温度以1280℃～1380℃为宜，搅拌玻璃液的时间以2.5h～3h为宜；所述的玻璃液以炉温降至1180℃～1200℃时倒入经预热的铜模具中为宜。上述加入原料的温度以1180℃为佳；上述搅拌玻璃液的温度以1380℃为佳，搅拌玻璃液的时间以3h为佳；上述玻璃液以炉温降至1200℃时倒入经预热的铜模具中为佳。本专利技术具有以下优点虽然对性能要求较高的长途WDM传输而言，目前多级掺铒光纤放大器仍然优于掺铒波导放大器，但掺铒波导放大器的持续发展将逐步缩小二者的差距。工作在1550nm光通信波段的掺铒波导放大器是继掺铒光纤放大器、半导体光放大器(SOA)研制成功以来的又一种具有发展前途的光放大器。在接入网和城域网应用中，掺铒波导放大器可以提供比掺铒光纤放大器更好的性能价格比。波导放大器应用于城域网，其优势主要在于紧凑性、可靠性、灵活性和较低的制造成本。本专利技术玻璃材料因采用性能稳定的硅酸盐体系，所以化学稳定性好，软化温度高，易于重复生产。该方法熔制的玻璃材料具有可进行的离子交换特性。本专利技术玻璃材料光学常数优越，铒掺杂浓度可达3.5mol％，其增益介质Er3+的掺杂浓度是掺铒光纤放大器中的100倍，故掺铒波导放大器EDWA只需使用几厘米长的高浓度增益介质，玻璃的组分易于控制，制造成本较低。本专利技术的玻璃材料可完全满足掺铒波导放大器制作工艺的要求，采用该玻璃制成的掺铒波导放大器便于与任何损耗器件集成。附图说明图1是本专利技术玻璃的吸收光谱图；图2是本专利技术玻璃的吸收系数图；图3是本专利技术玻璃的荧光光谱图。具体实施例方式本专利技术三个附图中Er2O3的浓度分别为2.5mol％，0.5mol％和0.25mol％。本专利技术通过高温熔炼制备掺Er3+硅酸盐玻璃，温度范围1100℃～1380℃。玻璃组分以摩尔百分比表示如下SiO240～75B2O30～15Al2O31～15Na2O 5～25K2O 1～10MgO 0～9ZnO 2～10CaO 0～15BaO 1～8Er2O30.01～3.5 SiO2、B2O3是玻璃形成体。SiO2含量低于40mol％就会降低玻璃的化学稳定性，高于75mol％则增大玻璃粘度，难以熔制玻璃。玻璃组分中Na2O和K2O是为了得到大的折射率差ΔN和数值孔径。在熔制玻璃中，Na2O和K2O是助熔剂，可以降低玻璃的熔制温度，扩大玻璃的形成区域。Na+和K+可与熔盐中的Li+、Ag+进行离子交换产生ΔN。组分中Er2O3是光放大玻璃的增益介质。Er2O3含量低于0.01mol％，玻璃对信号光的放大能力较小，高于3.5mol％则会导致Er3+离子的聚集，再次降低放大能力。MgO、ZnO、CaO、BaO的加入是为了调整玻璃的熔制性能和光学性能，使玻璃具有较高的化学稳定性和软化温度及优越的光学常数。为提高玻璃的抗析晶性能和化学稳定性，专利技术中加入了少量的Al2O3。这是因为〔1〕.Al2O3在玻璃中能够连接由Na2O和K2O产生的非桥氧而使玻璃结构完善；〔2〕.Al2O3的加入利于Er3+离子分布均匀，避免Er3+离子的聚集。下面以摩尔百分比列出了五个实施例，熔制玻璃均采用铂金坩埚。例一 例二 例三 例四 例五SiO258.0 52.5 49.0 64.5 49.0B2O30.0 9.07.07.0 3.0Al2O37.5 4.54.02.5 9.0Na2O 20.0 14.0 13.0 20.0 18.0K2O 2 4.56.00.5 4.0MgO2.5 0.00.00.5 6.5ZnO5.0 5.010.0 1.5 35CaO2.5 0.07.50.0 2.5BaO2.0 4.53.25 1.0 3.3Er2O30.5 2.50.25 1.5 1.2(1).58.0SiO2/7.5Al2O3/20.0Na2O/2.0K2O/2.5MgO/5.0ZnO/2.5CaO/2.0BaO/0.5Er2O3。按配方将混合均匀的原料称取500克逐次加入温度为1150℃硅碳棒电炉中，在1350℃搅拌玻璃液3h后，1200℃将玻璃液倒入预热的铜模具中，在退火炉中进行精密退火。(2).52.5SiO2/4.5Al2O3/14.0N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李玮楠，陆敏，邹快盛，瞿佑山，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：