一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃，其组分包括:丙二醇碲,BiCl3,ZnCl2，ZnF2，醋酸钠,ErCl3。通过溶胶凝胶法制得的玻璃，稀土离子掺杂浓度高，中红外发光强度强，具有良好的机械性能，是一种非常有前景的高光学质量玻璃；利用卤族元素改善玻璃热稳定性能和提升玻璃红外发光性能，制备方法简便，制备周期短，有望应用于国防工业、军事及民用领域。领域。领域。

【技术实现步骤摘要】
一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]中红外2～5μm波段稀土掺杂激光玻璃及光纤在国家安全与国防建设、光通信、天体物理探测与光谱学研究等领域都将具有广泛的应用前景。已有报道的2.7μm掺铒发光玻璃基本上的都是基于Er
3+
:4I
11/2
→4I
13/2
跃迁。然而铒在低能级的寿命高于高能级，因此4I
11/2
与4I
13/
2激光能级跃迁也可能会导致自终止。通过高浓度掺杂，利用下能级4I
13/2
态Er
3+
之间的ETU相互作用(4I
13/2
,4I
13/2
)
→
(4I
9/2
,4I
15/2
)也会促进连续激光的输出。其原因：半数离子通过ETU会弛豫到基态，另外半数粒子上转换到4I
9/2
能级，然后通过多声子弛豫将回到4I
11/2
能级，从而发射第二个激光光子。这样不仅解决激光自终止的问题，还提高光-光转换效率。对于玻璃基质来说，璃中获得2μm以上激光输出，氟化物玻璃因其固有的缺陷，化学稳定性和机械强度较差、制备条件苛刻、易被水分侵蚀、抗析晶性能差(ΔT≤85℃)等限制了其激光功率的提高。硅酸盐玻璃声子能量高(～1100cm
～1
)，稀土无辐射跃迁几率高，不利于获得高效发光。亟需发展一种声子能量低，热稳定性能优良的新型3μm波段掺铒玻璃体系。碲酸盐玻璃的声子能量较低(700～750cm
～1
)，有利于提高稀土辐射跃迁几率，发光效率较高。但是碲酸盐玻璃也存在热稳定性能、机械性能较差的问题，可通过在碲酸盐玻璃中添加适量重金属氧化物替代一部分氧化碲作为玻璃形成体，形成碲酸盐玻璃，改善玻璃的热稳定性能和机械性能。
[0003]为了进一步改善玻璃的各项性能，在玻璃中引入重金属氯化物使得玻璃网络结构中形成[ZnCl4]空间四面体。由于它具有更低的声子能量(200～300cm-1
)并且均匀的分布在玻璃网络结构中使得声子能量进一步降低，提升中红外的发光性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃及其制备方法。与以往的玻璃基质材料相比，该种材料克服了氧化物玻璃(较差的热稳定性)所固有的缺点，在提高玻璃热稳定性和机械强度的基础上，在980nm波长的激光二极管泵浦下同时获得很强的2.7μm荧光，为中红外波段激光器提供一种合适的基质材料。
[0005]本专利技术具体的技术解决方案如下：
[0006]一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃：以丙二醇碲为主要组分，摩尔百分比组成包括:丙二醇碲:55～60％,BiCl3:5～10％,ZnCl2：20％，ZnF2：5％，醋酸钠:10％，ErCl3：0～8％。
[0007]所述的低声子能量高掺铒中红外激光玻璃，包括下列步骤：
[0008](1)制备技术：按照玻璃组成的摩尔百分比，计算出相应各组成的重量，称取原料；室温和磁力搅拌作用下，以盐酸为催化剂，按照正硅酸乙酯：无水乙醇：去离子水＝1:4:2的摩尔配比，将正硅酸乙酯、去离子水依次加入到乙醇溶剂中配制透明溶胶液体，调节溶液pH
＝1。然后根据设计的玻璃配方，添加丙二醇碲、氯化铋、氯化锌、氟化锌、醋酸钠、氯化铒。然后将上面混合好的溶液在室温下搅拌最终形成透明的溶胶，密闭容器中静置至凝胶化。将溶胶放置在干燥的烘箱中150℃下放置2h以便除去表面的水和醇，然后将低温处理后的干凝胶置于管式炉内在350℃下处理，并且伴随着O2的通入，这一温度下有机物充分分解，从而除去凝胶中的羟基与碳。热处理后的粉体进行球磨处理。将球磨得到的均匀白色粉末置于平底坩埚内，然后加上刚玉盖后置于刚玉坩埚套内，在550℃高温真空炉烧结60min，得到稀土掺杂的碲酸盐玻璃。在烧结过程中保证真空，以便排除粉体中的气体，且外界空气不能进入粉末内部，得到的玻璃无肉眼可见的气泡。最后将制得的碎块玻璃用氢氧焰在高温下成型得到玻璃片状样品。
[0009]本专利技术的有益效果：
[0010](1)溶胶凝胶制备的一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃的制备温度较低，可以避免玻璃组分的挥发，制备均匀组分的光学玻璃。
[0011](2)在玻璃中引入BiCl3,机械性能得到显著地提高。
[0012](3)在玻璃中引入ZnCl2，ZnCl2的加入可以提高玻璃的硬度和热稳定性，当ZnCl2加入达到20mol％，玻璃网络中形成[ZnCl4]四面体结构单元。通过掺杂不同浓度的铒离子，发光性能获得了提升最大掺杂量达到8mol％。
[0013](4)该氧氟氯玻璃熔制温度低，并且玻璃转变温度低，具有良好的热稳定性能，制作工艺简单，绿色环保，生产成本也较低，容易制备获得高光学质量玻璃。
[0014](5)测试了玻璃拉曼光谱。在低频带显示的时重金属卤化物单元
[0015](6)在980nm半导体激光器的泵浦下，本专利技术实施例所得高掺杂铒玻璃在2500～3000nm范围内可获得强的中心波长在2.7μm的发光，基于Er
3+
:4I
11/2
→4I
13/2
能级之间的辐射跃迁。
附图说明
[0016]图1为实施例2低声子能量高掺铒中红外激光玻璃拉曼光谱。
[0017]图2为实施例3到实施例6低声子能量高掺铒中红外激光玻璃在980nm波长的激光二极管泵浦下发光图谱。
具体实施方式
[0018]以下具体实施例对本专利技术作示例性的说明及帮助进一步理解本专利技术，但实施案例具体细节仅是为了说明本专利技术，并不代表本专利技术构思下全部的技术方案，因此不应理解为对本专利技术总的技术方案的限定，一些在技术人员看来，不偏离本专利技术构思的非实质性增加和改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改换或替换，均属于本专利技术保护范围。
[0019]表1：
[0020][0021]实施例1：一种高机械强度中红外激光玻璃；
[0022]一种中红外激光玻璃，原料组成如表1中1-2#所示；
[0023]按照表1中1-2#玻璃组成的摩尔百分比，计算出相应的各组成的重量，并称取各原料组分；室温和磁力搅拌作用下，以盐酸为催化剂，按照正硅酸乙酯：无水乙醇：去离子水＝1:4:2的摩尔配比，将正硅酸乙酯、去离子水依次加入到乙醇溶剂中配制透明溶胶液体，调节溶液pH＝1。然后根据设计的玻璃配方，添加丙二醇碲、氯化铋、氯化锌、氟化锌、醋酸钠、氯化铒。然后将上面混合好的溶液在室温下搅拌最终形成透明的溶胶，密闭容器中静置至凝胶化。将溶胶放置在干燥的烘箱中150℃下放置2h以便除去表面的水和醇，然后将低温处理后的干凝胶置于管式炉内在350℃下处理，并且伴随着O2的通入，这一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计，包括如下原料：2.如权利要求1所述的低声子能量高掺铒中红外激光玻璃的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(1)按照玻璃组成的摩尔百分比，计算出相应各组成的重量，称取原料；(2)室温和磁力搅拌作用下，以盐酸为催化剂，按照正硅酸乙酯：无水乙醇：去离子水＝1:4:2的摩尔配比，将正硅酸乙酯、去离子水依次加入到乙醇溶剂中配制透明溶胶液体，调节溶液pH＝1。(3)然后根据设计的玻璃配方，添加丙二醇碲、氯化铋、氯化锌、氟化锌、醋酸钠、氯化铒。然后将上面混合好的溶液在室温下搅拌最终形成透明的溶胶，密闭容器中静置至凝胶化。将溶胶放置在干燥的烘箱中150℃下放置2h以便...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄飞飞，李彦潮，叶仁广，邓德刚，田颖，徐时清，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：