中红外铒离子掺杂全氟化物玻璃制造技术

本发明专利技术提供了一种高稳定性的中红外铒离子掺杂的全氟化物玻璃，该玻璃的摩尔百分比组成范围为：27ZrF4‑25HfF4‑(20‑z)BaF2‑0.75SrF2‑0.25CaF2‑4LaF3‑3AlF3‑(20‑x‑y)NaF‑xLiF‑yKF‑zErF3(mol％)。其中2≤x≤7；3.5≤y≤6.7；0.5≤z≤6。采用熔融淬冷法，制备了高稳定性的中红外铒离子掺杂全氟化物玻璃。本发明专利技术的玻璃通过离子改性，玻璃的稳定性得到很大的提升，在可见光和红外波段透过率高，且荧光寿命也显著增强。

Mid-Infrared Erbium Ion Doped Perfluoride Glass

【技术实现步骤摘要】
中红外铒离子掺杂全氟化物玻璃
：本专利技术涉及玻璃材料
，具体涉及一种中红外铒离子掺杂全氟化物玻璃。
技术介绍
：根据国防安全等方面的需求，3～5μm中红外波段的光纤激光器受到高度关注，成为光电对抗核心。目前，中红外光纤激光器的增益介质分为三大类：重金属氧化物玻璃、硫化物玻璃和重金属氟化物玻璃。其中，重金属氧化物玻璃化学稳定性好、非线性折射率高，但是其声子能量大，在中红外波段无法透过，所以不适用于中红外光纤激光器的增益介质。硫化物玻璃红外透过区域广、光学间隙宽、自由电子跃迁造成的能量吸收少，损耗低，但其在高温下易熔化，损伤阈值比较小。而重金属氟化物玻璃红外透过范围宽，稀土离子溶解率高，声子能量低(大约为400cm-1)，可降低激活离子的无辐射跃迁。其在理论上具有极低的损耗(10-3dB/km)。远优于氧化物光纤和硫系光纤，成为红外激光器的核心基础材料。氟化物玻璃光纤最有望成为中红外光纤激光器的核心基础材料，而氟化物玻璃无疑是氟化物玻璃光纤的核心。目前，氟化物玻璃光纤的实际损耗为0.05dB/m，远高于理论损耗(10-3dB/km)，这是由于氟化物玻璃仍存在许多不足的地方：氟化物玻璃稳定性差，易出现不均匀区和析晶的现象，从而增加了玻璃的散射损耗。另外氟化物玻璃较低的熔化温度使其很难与石英传输光纤有效熔接，这使得氟化物玻璃光纤在实用性能方面远低于预期。因此，制备高稳定性的中红外氟化物玻璃势在必行。
技术实现思路
：为了解决上述问题，本专利技术旨在提供一种中红外铒离子掺杂全氟化物玻璃，从而提高氟化物玻璃稳定性。为了达到上述目的，本专利技术的氟化物玻璃的组分如下：27ZrF4-25HfF4-(20-z)BaF2-0.75SrF2-0.25CaF2-4LaF3-3AlF3-(20-x-y)NaF-xLiF-yKF-zErF3(mol％)。其中2≤x≤7；3.5≤y≤6.7；0.5≤z≤6。进一步地，所述全氟化物玻璃稳定性得到很大的提高，ΔT≥88℃。进一步地，所述全氟化物玻璃在0.4-7.0μm的平均线性透过率≥90％进一步地，所述全氟化物玻璃50％透过率处的红外截止边≥8.0μm，紫外截止边≤0.21μm。进一步地，所述全氟化物玻璃的荧光寿命显著增强，在2.7μm处其荧光寿命≥3ms，1.5μm处其荧光寿命≥16.5ms。专利技术的技术效果：现有的氟化物玻璃的稳定性比较差，ΔT一般在80℃左右，本专利技术与现有的氟化物玻璃相比，稳定性得到了很大的提升(ΔT≥88℃)。现有的氟化物玻璃在红外的透过受到组分的限制很大，特别是如果掺有氧化物，氧化物的声子能量很高，所以氧化物玻璃在红外区域透过率很低。而本专利技术采用的材料是全氟化物，很大程度上拓展了玻璃在红外领域的应用。本专利技术全氟化物玻璃在0.4-7.0μm的平均线性透过率≥90％，并且在50％透过率处的红外截止边≥8.0μm，紫外截止边≤0.21μm。能够满足超宽波段玻璃光纤的应用需求。附图说明：图1为本专利技术玻璃的DTA图图2为本专利技术玻璃的红外透过图图3为本专利技术玻璃的紫外截止边图图4为本专利技术玻璃的荧光寿命图具体实施方式：下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术保护范围。实施例1：所制备的玻璃基体组分为(摩尔百分比)：27ZrF4-25HfF4-19.5BaF2-0.75SrF2-0.25CaF2-4LaF3-3AlF3-14.5NaF-2LiF-3.5KF-0.5ErF3(mol％)。首先，采用分析纯的ZrF4、HfF4、BaF2、SrF2、CaF2、LaF3、AlF3、NaF、LiF、KF、ErF3作为原料，按照组分计算称量原料，将原料在坩埚中均匀混合，置于850℃高温炉中反应30min。然后立即置于250℃左右的退火炉中处理3h以去除玻璃内部存在的应力，之后玻璃退火冷却至室温。将烧制的玻璃进行切割抛光，制成玻璃片，用于后续的测试。采用EXSTARSⅡTG/DTA7300仪器测量了DTA，其中升温速率为10K/min。用VERTEX70傅里叶红外光谱仪测试了红外透过。用Perkin-ElmerLambda750UV/VIS/NIR光谱仪测了样品的紫外透过。用FLSP920光谱仪在980nm光的激发下测了样品的荧光寿命。其余各实例参数如下表：实施例xyzΔT(℃)红外截止边(μm)荧光寿命(ms)123.50.588.058.11.66233.5189.968.11.64335392.308.01.65455591.938.01.69556.7590.778.01.71676.7688.578.01.68本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中红外铒离子掺杂全氟化物玻璃，其特征在于它组分的摩尔百分比为：27ZrF4‑25HfF4‑(20‑z)BaF2‑0.75SrF2‑0.25CaF2‑4LaF3‑3AlF3‑(20‑x‑y)NaF‑xLiF‑yKF‑zErF3(mol％)，其中2≤x≤7；3.5≤y≤6.7；0.5≤z≤6。

【技术特征摘要】
1.一种中红外铒离子掺杂全氟化物玻璃，其特征在于它组分的摩尔百分比为：27ZrF4-25HfF4-(20-z)BaF2-0.75SrF2-0.25CaF2-4LaF3-3AlF3-(20-x-y)NaF-xLiF-yKF-zErF3(mol％)，其中2≤x≤7；3.5≤y≤6.7；0.5≤z≤6。2.根据权利要求1所述的中红外铒离子掺杂全氟化物玻璃，其特征在于，热稳定性ΔT≥88℃，ΔT＝Tx–Tg，其中Tx是起始析晶温度，Tg是玻璃化...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜益光，袁成凤，张龙，张龙飞，王在洋，李家成，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31