一种掺铥氟碲酸盐玻璃、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种掺铥氟碲酸盐玻璃，属于特种玻璃光纤技术领域，包括如下质量百分比的组份：TeO2：65％

【技术实现步骤摘要】
一种掺铥氟碲酸盐玻璃、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于特种玻璃光纤
，具体涉及一种掺铥氟碲酸盐玻璃、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]二十一世纪以来，随着5G通信、物联网、高清视频、虚拟现实等技术的高速发展，数据的传输量日益增加，人们对于通信容量的需求呈现出每年25％的增速，光纤传输系统容量亟待提高。光纤放大器作为单模光纤传输中的核心器件，其工作波长范围直接限制了通信系统的工作带宽，如果将光纤放大器的工作波段从目前的C波段扩展至S波段(1460～1530nm)乃至更宽波段，可将通信系统容量提升数倍以上。光纤放大器中起到决定性作用的器件为增益光纤。
[0003]目前国内外相关业务机构和科研单位都在致力于研制高性能的S波段光纤放大器。利用铥离子受激辐射跃迁3H4→3F4是实现S波段宽带光放大的主要技术手段。受石英玻璃材料声子能量偏高(～1100cm
‑1)的限制，掺铥石英光纤不适用于研制高性能S波段光纤放大器。目前，S波段掺铥光纤放大器研制所用的增益光纤材料主要为氟化物玻璃和碲酸盐玻璃。与氟化物玻璃相比，碲酸盐玻璃具有更好的稳定性，探索在S波段具有宽带发光性质的新型碲酸盐玻璃材料对实现宽带S波段光纤放大器具有重要意义。
[0004]经过大量实验，最近我们探索出一种组分为TeO2‑
BaF2‑
ZrO2的氟碲酸盐玻璃，该玻璃具有宽的透过窗口(0.4～6μm)，并且具有较好的热稳定性与化学稳定性，其在1.47μm波段的发射光谱可覆盖整个S波段，半高全宽为120nm，有望用于实现超宽带S波段光纤放大器。

技术实现思路

[0005]针对现有石英玻璃材料声子能量较高、氟化物玻璃材料易潮解、S波段光纤放大器带宽窄等问题，本专利技术提供了一种掺铥氟碲酸盐玻璃、制备方法及其应用，在实现高玻璃稳定性的基础上，可以在1.47μm波段获得强的荧光发射，其光谱半高全宽为120nm，有望用于实现超宽带S波段光纤放大器。
[0006]本专利技术通过如下技术方案实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种掺铥氟碲酸盐玻璃，包括如下摩尔百分比的组份：
[0008]TeO2：65％
‑
80％；
[0009]BaF2：15％
‑
25％；
[0010]ZrO2：0
‑
5％；
[0011]Tm2O3：0％
‑
5％。
[0012]进一步地，所述掺铥氟碲酸盐玻璃的荧光发射光谱半高宽为120nm，相应光谱范围为1407nm
‑
1527nm。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种掺铥碲酸盐玻璃的制备方法，具体包括如下步骤：
[0014]步骤一：熔融：
[0015]按照玻璃组成的摩尔百分比计算重量百分比后称取相应原料，并在研钵中充分研磨30分钟后，置入坩埚中，然后将坩埚置于电炉中熔制，经过均化后获得澄清玻璃液；
[0016]步骤二：浇注：
[0017]将铜板放入马弗炉中进行预热，后将步骤一中得到的玻璃液浇至已预热至预定温度的铜板上，冷却成型；
[0018]步骤三：退火：
[0019]将成型后的氟碲酸盐玻璃样品放入恒温马弗炉中，保温2
‑
3小时后，再将炉内温度缓慢降至100℃，后关闭马弗炉待铜板及玻璃自然冷却至室温，得到氟碲酸盐玻璃样品；
[0020]步骤四：抛光：
[0021]将步骤三中得到的玻璃样品在抛光机上进行切割与抛磨处理，得到最终掺铥氟碲酸盐玻璃。
[0022]进一步地，步骤一中，熔融电炉的温度设定为900
‑
950℃，熔制时间为20
‑
30分钟。
[0023]进一步地，步骤二中，马弗炉的温度设定为400
‑
450℃。
[0024]进一步地，步骤三中，马弗炉的降温速率为9
‑
11℃/小时。
[0025]第三方面，本专利技术提供的掺铥氟碲酸盐玻璃在S波段的发光强度和光谱带宽优于文献中报道的掺铥碲酸盐玻璃，可应用于实现超宽带S波段光纤放大器。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
[0027]本专利技术的一种掺铥氟碲酸盐玻璃，在793nm泵浦光激发下实现了S波段宽带发射，荧光半高宽可达120nm，优于文献中报道的掺铥碲酸盐玻璃；所研制的TBZ组分具有较好稳定性和机械强度，易于制备。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0029]图1为Tm
3+
掺杂氟碲酸盐玻璃的透过光谱图；
[0030]图2为不同ZrO2掺杂浓度下TBZ
‑
Tm玻璃的发光衰减曲线图；
[0031]图3为不同ZrO2掺杂浓度下TBZ
‑
Tm玻璃的3F4能级寿命图；
[0032]图4为793nm激光激发下，不同Tm
3+
掺杂玻璃在S波段的发光光谱图(图中改为本专利技术提供的掺铥碲酸盐玻璃样品和文献中报道的掺铥碲酸盐玻璃样品)。
具体实施方式
[0033]为清楚、完整地描述本专利技术所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本专利技术的具体实施方式如下：
[0034]实施例1
[0035]本实施例提供了一种掺铥氟碲酸盐玻璃，包括如下摩尔百分比的组份：
[0036]TeO2：79％；
[0037]BaF2：18％；
[0038]ZrO2：1％；
[0039]Tm2O3：2％。
[0040]实施例2
[0041]本实施例提供了一种掺铥氟碲酸盐玻璃，包括如下摩尔百分比的组份：
[0042]TeO2：78％；
[0043]BaF2：18％；
[0044]ZrO2：2％；
[0045]Tm2O3：2％。
[0046]实施例3
[0047]与实施例1不同的是ZrO2的摩尔百分比3％。
[0048]实施例4
[0049]与实施例1不同的是ZrO2的摩尔百分比4％。
[0050]实施例5
[0051]与实施例1不同的是ZrO2的摩尔百分比5％。
[0052]结合附图3可知，实施例1
‑
5中掺铥TBZ玻璃中Tm
3+
的3F4能级寿命出现先降低后升高的结果，这是由于Zr
4+
含量的改变会改变玻璃中的局域网络结构；当ZrO2含量为3％时获得3F4寿命的最小值为4.75ms，该结果小于其他氟碲酸盐玻璃中Tm
3+
的3F4寿命值，说明优化提出的TBZ组分可以有效降低Tm
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺铥氟碲酸盐玻璃，其特征在于，包括如下质量百分比的组份：TeO2：65％
‑
80％；BaF2：15％
‑
25％；ZrO2：0
‑
5％；Tm2O3：0
‑
5％。2.如权利要求1所述的一种掺铥氟碲酸盐玻璃，其特征在于，所述掺铥氟碲酸盐玻璃的荧光发射光谱半高宽为120nm，相应光谱范围为1407nm
‑
1527nm。3.如权利要求1所述的一种掺铥氟碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤一：熔融：按照玻璃组成的摩尔百分比计算重量百分比后称取相应原料，并在研钵中充分研磨30分钟后，置入坩埚中，然后将坩埚置于电炉中熔制，经过均化后获得澄清玻璃液；步骤二：浇注：将铜板放入马弗炉中进行预热，后将步骤一中得到的玻璃液浇至已预热至预定温度的铜板上，冷却成型；步骤三：退火：将成型后的氟碲...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾志旭，孙炎，张传泽，秦冠仕，秦伟平，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：