一种中红外宽发射截面碲酸盐玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种中红外宽发射截面碲酸盐玻璃及其制备方法。所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃的化学组成包括：以摩尔百分含量计，85

【技术实现步骤摘要】
一种中红外宽发射截面碲酸盐玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术属于中红外发光材料
，具体涉及一种中红外宽发射截面碲酸盐玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着2.0μm波段激光技术和相关器件的快速发展和迭代，中红外激光器在科学研究、材料制造、临床医学的应用也越来越广泛。2.0μm波段的激光材料众多，但玻璃与其他材料相比具有组分容易调节，制备工艺简单等优点。通过对玻璃配方的调整可以有效的控制其性能变化。以碲酸盐玻璃为代表的重金属氧化物玻璃凭借自身优异的性能吸引了众多研究者的关注。对比硅酸盐、氟化物、硫化物玻璃等其它基质材料，碲酸盐玻璃具有出色的非线性折射率，较低的声子能量，较宽的中红外透过窗口(1
‑
5μm)，高稀土离子溶解度和合理的热学性能。这些特殊的性能有利于碲酸盐玻璃获得较强的2.0μm激光输出。
[0003]此外，由于Tm:3F4→3H6和Ho
3+
:3F4→3H6辐射跃迁可以分别产生1.85和2.0μm的荧光，所以Tm
3+
、Ho
3+
离子通常被认为是实现2.0μm激光输出的良好候选者。众所周知，Ho
3+
具有较大的受激发射截面和较长的荧光寿命，但Ho
3+
不能直接被商用的808nm和980nm的激光二极管泵浦。Tm
3+
在808nm处具有较强的吸收作用，可以作为敏化离子从而通过能量转移实现Ho
3+
的强2.0μm荧光。已有相关研究利用Ho
3+
掺杂、Tm
3+
/Ho
3+
共掺实现2.0μm激光输出。
[0004]然而，由于目前研究的玻璃体系声子能量高，一方面会使得非辐射弛豫概率增大导致中红外发光强度降低，另一方面会由于非辐射弛豫产生热量导致玻璃温度升高造成热损伤。所以，目前迫切需要一种低声子能量且热力学性能好的光纤材料。此外，现有的碲酸盐玻璃熔制装备多为密闭结构，在进行玻璃搅拌操作时较为繁琐，如何实现简单、高效的玻璃搅拌和浇筑也是中红外玻璃制备中的一项重要技术。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术目的在于提供一种中红外宽发射截面碲酸盐玻璃及其制备方法。所述中红外碲酸盐玻璃具有宽发射截面和高增益系数，本专利技术提供的制备方法可以避免传统管式或箱式电炉加热熔融玻璃过程中无法进行高温搅拌的难题，可简单、高效地进行玻璃液搅拌的操作，实现玻璃熔体的快速澄清与均一化，提高玻璃的成分均匀性与质量，从而获得均匀无气泡的玻璃。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种中红外宽发射截面碲酸盐玻璃，所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃的化学组成包括：以摩尔百分含量计，85
‑
93.8mol％TeO2、3
‑
7mol％Ta2O5、3
‑
7mol％La2O3、0.1
‑
1.5mol％Tm2O3和0.1
‑
1mol％Ho2O3。
[0007]较佳地，所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃在2061nm处的发射截面为8.156
×
10
‑
21
～12.301
×
10
‑
21
cm2；优选地，当所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃的组分为88.5mol％TeO2、5mol％Ta2O5、5mol％La2O3、1mol％Tm2O3和0.5mol％Ho2O3时，所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃在
2061nm处的发射截面达到最大值12.301
×
10
‑
21
cm2。
[0008]第二方面，本专利技术提供了一种上述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃的制备方法，包括：按中红外宽发射截面碲酸盐玻璃的化学组成摩尔百分比称取原料TeO2、Ta2O5、La2O3、Tm2O3和Ho2O3球磨混合均匀并进行干燥；然后，将混合原料在侧立管式炉中加热融化并进行搅拌，澄清后得到玻璃液；接着，将所述玻璃液进行浇筑、成型、保温、降温，得到所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃。
[0009]较佳地，混合均匀的原料在350
‑
450℃的加热炉中干燥，干燥时间为6
‑
15h。
[0010]较佳地，干燥后的混合原料在900
‑
1000℃的侧立管式炉中熔制1
‑
1.5h，同时用石英玻璃棒匀速搅拌5
‑
15min，澄清后得玻璃液。
[0011]较佳地，所述浇筑在提前预热到350
‑
450℃的石墨模具中进行。
[0012]较佳地，所述保温的工艺为：在350
‑
450℃的马弗炉中保温8
‑
15h。
[0013]较佳地，所述降温的速率为5
‑
15℃/h。
[0014]有益效果1)本专利技术采用侧立管式炉进行原料粉体的熔融混合，工艺操作简单，能避免传统管式或箱式电炉加热熔融玻璃过程中无法进行高温搅拌的难题；同时能够高效实现玻璃熔体的快速澄清与均一化，提高玻璃的成分均匀性与品质，获得均匀无气泡的玻璃材料；2)本专利技术的中红外宽发射截面碲酸盐玻璃原料的主要成分为TeO2、Ta2O5、La2O3、Tm2O3和Ho2O3，Ta2O5是一种热学性能良好的氧化物，可以提高TeO2玻璃体系的玻璃转变温度，使得本专利技术的中红外宽发射截面碲酸盐玻璃具有高热稳定性、宽温度加工操作范围，即具有良好的抗析晶能力；3)本专利技术通过Tm
3+
/Ho
3+
共掺TeO2‑
Ta2O5‑
La2O3可获得具有较低声子能量的玻璃，低声子能量意味着稀土离子的无辐射弛豫速率较小，有利于窄能级间隙的辐射跃迁，可以实现2.0μm的发光；而且该玻璃体系可以获得高折射率，高折射可实现较大的发射截面，使得本专利技术的玻璃体系可以实现2.0μm高效发射；4)本专利技术提供的玻璃体系具有中红外波段发光特性且发射截面大、荧光强度高、热稳定性好，在中红外光纤激光器、光纤放大等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0015]图1为实施例1
‑
5制备得到的中红外宽发射截面碲酸盐玻璃样品的差式扫描量热(DSC)曲线；图2为实施例1
‑
5制备得到的中红外宽发射截面碲酸盐玻璃样品在808nm LD泵浦下的发射光谱图；图3为实施例3制备得到的中红外宽发射截面碲酸盐玻璃样品在808nm激光二极管泵浦下的吸收发射截面曲线图；图4为实施例3制备得到的中红外宽发射截面碲酸盐玻璃样品在808nm激光二极管泵浦下的增益曲线图；图5为实施例3制备得到的中红外宽发射截面碲酸盐玻璃样品的拉曼光谱图。
具体实施方式
[0016]以下通过实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0017]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中红外宽发射截面碲酸盐玻璃，其特征在于，所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃的化学组成包括：以摩尔百分含量计，85
‑
93.8mol％TeO2、3
‑
7mol％Ta2O5、3
‑
7mol％La2O3、0.1
‑
1.5mol％Tm2O3和0.1
‑
1mol％Ho2O3。2.根据权利要求1所述的中红外宽发射截面碲酸盐玻璃，其特征在于，所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃在2061nm处的发射截面为8.156
×
10
‑
21
～12.301
×
10
‑
21
cm2；优选地，当所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃的组分为88.5mol％TeO2、5mol％Ta2O5、5mol％La2O3、1mol％Tm2O3和0.5mol％Ho2O3时，所述中红外宽发射截面碲酸盐玻璃在2061nm处的发射截面达到最大值12.301
×
10
‑
21
cm2。3.一种权利要求1或2所述的中红外宽发射截面碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，包括：按中红外宽发射截面碲酸盐玻璃的化学组成摩尔百分比称取原...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明辉，时英辉，刘学超，陈锟，邓伟杰，潘秀红，汤美波，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：