本发明专利技术涉及一种绿光输出的锗碲酸盐玻璃光纤预制棒制备方法，该玻璃的组分配方及制备过程，该玻璃材料具有较强的上转换绿光发光强度。绿光发光强度最大时的玻璃的配比为５５ｍｏｌ％ＴｅＯ２、３．７５ｍｏｌ％ＧｅＯ２、１２ｍｏｌ％ＺｎＯ、５０ｍｏｌ％ＺｎＣｌ２、０．７５Ｅｒ２Ｏ３、３．５ｍｏｌ％Ｙｂ２Ｏ３。通过熔融法制备得到的氧氯碲酸盐玻璃透明，抗析晶能力好，物理化学性能优良。对具有不同ＺｎＣｌ２含量的氧氯碲酸盐玻璃通过９８０ｎｍ波段的半导体光源泵浦后，发现该玻璃上转换氯光强度显著提高。该玻璃可应用于绿光输出的上转换光纤激光器和彩色显示器等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于一种氧氯碲酸盐玻璃及其制备方法。特别是涉及一种绿光输出的锗 碲酸盐玻璃光纤预制棒制备方法。
技术介绍
如何获得廉价、高效、小型及高功率输出的蓝绿光等短波长激光器是目前光电子 功能材料与光电子器件领域研究的重点和难点，这主要是由于其在光信息处理技术、视频 显示、激光印刷、激光医学及表面处理等方面广泛的应用。如在水下传输中可以解决电磁辐 射传输只能工作在低频(100Hz)区域和400-500nm区域的饱和问题(Jelov minimum)，实 现海底信号的大深度快速传输；在生物医学中可以简化流动血细胞计数和DNA排序过程； 在激光打印设备中提高打印速度和分辨率等等。在获得蓝绿光输出的几种方法中，利用非 线性光学晶体的倍频，虽然具有较好的光束质量，但需要复杂的非线性参量过程进行频率 转换，系统较为复杂且造价也高；利用宽带隙半导体材料直接激发，虽然已出现并随着输 出功率的提高和工作寿命的延长而逐步实用化，但其激光线宽仅为几个纳米、输出光频率 漂移不定、发散角大、光斑均勻性差及工作状态易受温度影响等方面的缺点限制了它在许 多领域的直接应用；而利用稀土离子上转换发光具有以下明显的优点1)可以有效降低光 致电离作用引起基质材料的衰退；2)对激发波长的稳定性要求不高，不需要严格的相位匹 配；3)输出波长具有一定的可调谐性；4)有利于简单、廉价及结构紧凑小型激光器系统的 发展。在稀土离子掺杂的晶体、玻璃、光纤等材料中都有上转换发光现象的报道，有的甚至 获得蓝绿光激光输出。同晶体材料相比，玻璃态材料在泵浦波长的选择以及激光输出的波长范围方面具 有很多优势。玻璃态材料结构的非周期性，使稀土离子的光谱存在非均勻加宽现象，因此泵 浦波长的选择较为广泛而不影响其激旋光性能；另外，较宽的光谱宽度也为可调谐波长激 光器的发展提供了契机。不利的因素是，玻璃态材料中的受激发射截面较低，导致很难在块 状玻璃中实现激光输出，但通过把块状玻璃材料拉制成光纤，把泵浦光限制在小截面区域， 在较长的光纤长度下实现充分的粒子数反转，从而可以获得较强的上转换激光发射。世界 上首次实现室温下蓝绿光激光输出是1990年法国国家通信中心的J. Y. Allain等人采 用300mW，647nm激光泵浦Ho3+:&F4单模光纤时得到，输出功率为10mW，并在540 553nm 范围可调(参见文献 J. Y. Allain, M. Monerie, and H. Poignant, Room temperature cw tunable greenupconversion holmium fiber laser, Electron. Lett. 1990,26(4) 261-262)。之后关于稀土离子光纤激光器的研究得到广泛开展，并相继有蓝绿光激光输出 的报道(参见文献ff. P. Risk，T. R. Gosnell，and A. V. Nurmikko, Compact blue-green lasers, CambridgeUniversity, Press,2003, United Kingdom ； P.E.-A. Mobert, E. heumann,G. Huber,and B. H. T. Chai,540mff of blue output power at 425nm generated by intracavityfrequency doubling an upconversion pumped Er:YliF4 laser, Appl. Phys. Lett. 2003,73(2) :139_141.)。从近几年来关于稀土离子上转换激光输出的主要研究结果来看，所采用的基质材料均为氟化物玻璃光纤或晶体。这主要是因为氟化物材料较 低的声子能量可以减少由多声子驰豫引起的能量损失，提高发光的量子效率。但是，氟化物 材料的稳定性和机械强度差、抗激光损失阈值低、工艺制作困难等缺点在很大程度上限制 了它的实际应用。因此人们试图在氧化物玻璃中开发出上转换发光材料。2000年Otto等 报道了 668nm下Tm3+离子在硅酸盐玻璃实现蓝光上转换发射(参见文献A. P. Otto, K. S. Brewer, A. J. Silversmith, J. Non-Cryst. Solids 265 (2000) 176)。纯粹的氧化物玻璃 化学稳定性好，机械强度高，但其声子能量高，使其上转换效率极大降低，根本不能满足实 际的应用。因此设计一种既具有较好的物化性质，又具有很低的声子能量的玻璃材料，在室 温下实现高效的上转换发光已成当务之急。
技术实现思路
本专利技术的多元氧氯碲酸盐玻璃最大的特征在于提供了一种全新的玻璃配方。与以 往的上转换激光基质材料相比，该种材料克服了氧化物玻璃(较高的声子能量)和氟化物 玻璃(较差的化学稳定性)所固有的缺点。由于氯化物的声子能量比氟化物更低，因此，在 提高玻璃热稳定性和化学稳定性的基础上，大大提高了 Er3+的发光效率。从而为绿光输出 的上转换光纤激光器提供了 一种合适的基质材料。本专利技术的Er3+/Yb3—共掺的氧氯碲酸盐玻璃的摩尔百分组成为55mol % Te02、 3. 75mol% Ge02U2mol% Zn0,25mol% ZnCl2,0. 75mol% Er203,2. 5mol% Yb2O3-通过适当调 整氯化物的引入量和Er3+、Yb3+的配比，可得到较强的上转换发光强度。本专利技术的Er3+/Yb3+共掺的氧氯碲酸盐玻璃的具体制备过程如下按照上述配方，将粉末状原料混合均勻后，放在加盖的石英坩埚或钼金坩埚中熔 化，熔化温度为825°C为最优熔化温度，原料完全熔化，经均化澄清后取出，迅速将玻璃液浇 注在预热过的铁模具上。然后快速将该玻璃放入到已升温至玻璃转变温度(Tg)附近的马 弗炉中进行退火。退火过程为在玻璃转变温度(Tg)附近保温2小时，然后以每小时3°C的 速率降温至100°C，然后关闭马弗炉电源自动降温至室温。完全冷却后取出玻璃样品。通过差热分析仪(DSC)测得的差热曲线来评价玻璃的热学稳定性。若玻璃的析晶 开始温度(Tx)与转变温度(Tg)之差越大，则抗析晶能力越强，表明该玻璃的热稳定性越好。 本专利技术的玻璃体系中(Tx-Tg)远大于光纤拉制的最低温度限(100°c)，具有优良的热学稳定 性能，同时物化性能优良，完全能够满足使用的要求。本专利技术所获得的创新处在于(1)通过适当加入GeO2和ZnO改善了玻璃体系的 形成能力和机械性能，提高了体系的抗析晶能力，使氧氯碲酸盐玻璃达到了实用化的要求; (2)由于TeO2在氧化物中具有最低的声子能量，通过ZnCl2的掺入，进一步降低体系的声子 能，从而大大提高了 Er3+的上转换效率。(3)通过Er3+/Yb3+掺杂浓度配比的调节，得出了本 体系玻璃中具有最大上转换发光强度的最佳Er3+/Yb3+配比。从而使该种材料在蓝光输出的 上转换激光器和彩色显示器等器件和设备上具备了极好的应用前景，(4)本专利技术中由于降 低了价格昂贵的TeO2，提高了价格低廉的ZnCl2含量，因此生产成本大大降低；而且玻璃是 采用普通的马弗炉熔制，制作工艺也非常简单。附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ｅｒ３＋／Ｙｂ３＋共掺氧氯碲酸盐玻璃，其特征在于其组成如下：组分 摩尔百分比（ｍｏｌ％）ＴｅＯ↓［２］ ５５ＧｅＯ↓［２］ ３．７５ＺｎＯ １２ＺｎＣｌ↓［２］ ５０Ｅｒ↓［２］Ｏ↓［３］ ０．７５Ｙｂ↓［２］Ｏ↓［３］ ３．５。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：柳祝平，
申请(专利权)人：柳祝平，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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