稀土元素掺杂的卤氧化物激光玻璃制造技术

本发明专利技术稀土元素掺杂的卤氧化物激光玻璃是用氟代替一般摩尔配料组成为５０％、ＳｉＯ↓［２］、２５％ＣａＯ、２５％Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］的玻璃中的氧，以改进玻璃中稀土掺杂剂的分布。本发明专利技术一般摩尔配料组成约为４５－７０％ＳｉＯ↓［２］、１５－３５％ＣａＯ、１０－２５％Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、４－１５％Ａｌ↓［２］Ｆ↓［６］和０．００１－２％Ｅｒ↓［２］Ｏ↓［３］。将替代氟加入到２ＳｉＯ↓［２］、Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］.ＣａＯ玻璃体系中形成Ｅｒ↓［２］Ｏ↓［３］配料含量为０．０１－１．２％Ｅｒ↓［２］Ｏ↓［３］（５００ｐｐｍ，５．６８重量％Ｅｒ↓［２］Ｏ↓［３］）的铒掺杂的激光玻璃，它很少或不产生浓度淬灭，具有适用的荧光持续时间（约６毫秒（ｍｓ）或更长）。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

Rare earth doped halogen oxide laser glass

The invention of rare earth doped oxyhalide glass laser is used to replace general Moore fluorine material composition is 50%, down 2, SiO 25%CaO, 25%Al: 2 O: 3 glass of oxygen, to improve the distribution of rare earth doped glass. The present invention generally Moore composition is about 4570%SiO: 2, 1535%CaO, 1025%Al: 2 O: 3, 415%Al: 2 F: 6 and 2: 0.0012%Er O: 3. Will replace the fluoride added to the 2SiO: 2, Al: 2 O: 3.CaO glass system formed in the Er case 2 O: 3 ingredients content is 0.01 1.2%Er: 2 O: 3 (500ppm, 5.68%Er 2 O weight down, down 3) erbium doped laser glass, it produced little or no concentration quenching, with suitable fluorescence duration (approximately 6 ms (MS) or longer).

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及掺杂有稀土元素的卤氧化物激光玻璃。在现有技术中已知用稀土元素掺杂石英玻璃可制得激光玻璃。这种掺杂稀土元素的激光玻璃的激光特性来自于掺杂在玻璃中受激稀土元素离子的受激发射光放大，并取决于掺杂离子的荧光持续时间。还知道激光玻璃的激光输出取决于玻璃中稀土离子的数目。现有技术的问题在于由于浓度淬灭现象而在激光玻璃中很快达到稀土离子的最大适用浓度。浓度淬灭归因于太靠近相邻的未受激稀土离子的受激稀土离子的非辐射衰减。受激稀土离子通过偶极-偶极偶合作用将能量传递给紧密相邻的未受激稀土离子，结果不能产生净的光输出。当激光玻璃中稀土离子的浓度增加时，稀土离子会与相邻的稀土离子紧密地团聚在一起，结果没能增加可以输出激光的实际可受激稀土离子数，并且会减少稀土离子的荧光持续时间。现有技术面临的问题是怎样提供一种玻璃组合物，在这种组合物中可掺杂比较高的稀土离子浓度，而不产生会减少稀土离子荧光持续时间的离子团聚现象。目前，由于铒掺杂的激光玻璃可有效地放大用于光通信系统的1.55μm波长的光，所以铒是掺杂激光玻璃的常用稀土元素。钕也作为稀土掺杂剂用于激光玻璃。因此，本专利技术的目的是提供一种克服现有技术缺陷的激光玻璃。本专利技术的目的是提供一种具有较高浓度可受激的铒离子、抗团聚的玻璃组合物，它能有利地用于激光用途，如平面光学放大器和其它在短光路长度需要高浓可受激离子的小型激光制品中。简单地说，本专利技术涉及一种卤氧化物玻璃组合物，其中增加了稀土掺杂剂浓度而无浓度淬灭的不利影响。另一方面，本专利技术涉及一种卤氧化物激光玻璃组合物，它能有利地分散铒离子，防止偶极-偶极偶合作用，从而提供长的荧光持续时间。再一方面，本专利技术涉及一种氧氟化物-氧化铝-硅酸盐激光玻璃。另外，本专利技术涉及一种氧氟化物激光玻璃，它的氟含量足以抑制浓度淬灭的不利影响。本专利技术的另一个目的是揭示一种抑制稀土掺杂剂在氧化物玻璃中浓度淬灭的方法。本专利技术组合物形成一种虽增大了铒离子浓度但无浓度淬灭不利影响的卤氧化物玻璃。本专利技术卤氧化物玻璃组合物形成一种玻璃化学结构，在这种结构中相邻的铒离子相距较远，防止铒离子相互间位置太接近时引起的偶极-偶极偶合作用导致的浓度淬灭。本专利技术组合物使玻璃中铒的总浓度达到最大，同时也使相邻铒离子间的距离达到最大。本专利技术组合物具有较高的铒浓度，同时具有适用的荧光持续时间。本专利技术氟氧化物激光玻璃在于用氟代替氧化铝-硅酸盐玻璃中的氧。用Al2F6代替一般摩尔配料组成2SiO2·Al2O3·CaO中的一部分Al2O3，就可改善玻璃中铒掺杂剂的分布。本专利技术一般摩尔配料组成的范围约为45-70％SiO2、15-35％CaO、l0-25％Al2O3、4-15％Al2F6和0.001-2％Er2O3。在使氟氧化物玻璃至少含有6重量％F的条件下，熔融本专利技术配料组合物制成玻璃。附图说明图1是荧光持续时间对于铒离子浓度的关系图。图2是荧光持续时间对于掺杂有0.01摩尔％Er2O3玻璃实测的重量百分数的关系图。图3是本专利技术重量百分数组成图。本专利技术卤氧化物玻璃是用氟代替一般摩尔配料组成为50％SiO2、25％CaO、25％Al2O3的玻璃中的氧，其中约11摩尔％Al2O3以Al2F6形式配料加入来改善玻璃中铒掺杂剂的分布。本专利技术一般摩尔配料组成约为45-70％SiO2、15-35％CaO、10-25％Al2O3、4-15％Al2F6和0.001-2％Er2O3。本专利技术人将替代氟加入到2SiO2·Al2O3·CaO玻璃体系中，制得了Er2O3配料含量为0.01-1.2％Er2O3(500ppm-5.68重量％Er2O3)的铒掺杂激光玻璃，它很少或不产生浓度淬灭，具有适用的荧光持续时间(约6毫秒(ms)或更长)。将本专利技术配料组合物和比较试样在盖住的铂坩埚中约1600℃熔融6小时，然后将其倒在钢板上形成尺寸为4”×4”×1/2”的玻璃块，接着在550℃退火。对这些玻璃块划痕然后敲裂取得玻璃试样，随后以毫秒(ms)为单位测定试样的荧光持续时间以决定玻璃的激光特性。含有5-11摩尔％Al2F6(7-15重量％F)的氟配料组合物对于所用的玻璃形成条件是特别好的。本专利技术熔体的氟保留量为50-80％，视初始氟浓度和熔融温度而异。例如，如果配料为30重量％的F，熔融后玻璃中实际测得的氟约为15重量％。如果配料为10重量％的F，熔融后玻璃中实际测得的氟约为7重量％。保留在玻璃中的F的百分数随熔融温度降低而上升。本专利技术一般配料组成的重量百分数为30-45重量％SiO2，25-45重量％Al2O3，10-25重量％CaO，0.005-10重量％Er2O3，7-35重量％F(以Al2F6的形式配料)，使熔融后实测的氟重量百分数为6.2-20％F。本专利技术较好的配料组成重量百分数为37-40重量％SiO2，30-40重量％Al2O3，15-19重量％CaO，0.005-6重量％Er2O3，9-30重量％F(以Al2F6的形式配料)使熔融后实测的氟重量百分数为6.5-15％F。表1给出了本专利技术配料组成的重量百分数(试样1-10)。表1还给出了试样2、4、5、6、7、8、9和10在熔融形成玻璃后玻璃中实测的氟重量百分数。表1中还列出无氟比较试样11、12、13、14、15、16、17、18和19的配料组成的百分数，制备了这些比较试样是为了与本专利技术含氟玻璃进行比较。表1试样1-19组成的重量百分数123 4 5 6 7 8 9 10SiO239.4 39.4 39.4 39.4 39.4 39.1 38.7 38.3 37.9 37.2Al2O333.5 33.5 33.5 33.5 33.5 33.1 32.8 32.5 32.2 31.6CaO 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.2 18.0 17.9 17.7 17.4Er2O30.0050 0.0151 0.0251 0.0377 0.0502 0.995 0.197 2.93 3.86 5.68F(配料) 14.7 14.6 14.6 14.6 14.6 14.5 14.4 14.2 14.1 13.8F(实测) 7.17.710.2 8.4 8.3 6.7 7.4 7.51112 13 14 15 16171819SiO243.1 43.1 43.1 43.1 43.1 42.7 42.2 39.7 41.3Al2O336.6 36.6 36.6 36.6 36.6 36.2 35.8 33.7 35.1CaO 20.1 20.1 20.1 20.1 20.1 19.9 19.7 18.5 19.3Er2O30.0055 0.0165 0.0275 0.0412 0.0549 1.09 2.15 4.05 4.21F(配料) 0 0 0 0 0 0 0 6.7 0F(实测) 4.9用氩离子激光束(514nm)激发试样，测定试样1-19的荧光持续时间。用G本文档来自技高网...

【技术保护点】
掺杂有许多稀土离子的卤氧化物激光玻璃，所述玻璃的荧光持续时间至少为６毫秒，其特征在于所述玻璃的卤化物浓度足以抑制所述稀土离子的浓度淬灭。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JE小迪金森，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]