專利名稱：含高價(jià)陽離子氧化物的摻Y(jié)b的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種含高價(jià)陽離子氧化物的摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽激光玻璃材料的制造方法，屬于光學(xué)玻璃新材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化物玻璃具有良好的透光性、高均勻性、低成本和容易制備成型等優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為稀土離子摻雜的激光介質(zhì)材料。其中摻釹離子氧化物玻璃是目前研究開發(fā)最廣泛的激光玻璃，摻釹離子的硅酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽、鍺酸鹽和熔石英玻璃等都已實(shí)現(xiàn)了激光輸出，并且摻釹硅酸鹽和磷酸鹽玻璃已成為實(shí)用的激光玻璃。但摻釹激光玻璃存在許多問題，如發(fā)光波長不能與新型激光二極管相匹配，熒光壽命短，增益系數(shù)低，材料熱負(fù)荷大，而摻Y(jié)b3+激光玻璃能克服這些缺點(diǎn)。Yb3+離子電子構(gòu)型為4f13，只有兩個(gè)能級(jí)狀態(tài)，即上能級(jí)2F5/2和下能級(jí)2F7/2，Yb3+離子的吸收峰位于970nm附近，能與InGaAs二極管泵浦波長(900-1100nm)有效耦合；另外Yb3+離子理論上不存在交叉馳豫和激發(fā)態(tài)吸收，可大大降低材料的熱負(fù)荷，并使材料具有很高的能量轉(zhuǎn)換效率和長的熒光壽命。
新一代激光核聚變用的激光玻璃要求受激發(fā)射截面σemi高、熒光壽命長、非線性折射率n2低、同時(shí)又要具有良好的熱-機(jī)械性能等，鄒學(xué)祿(參見文獻(xiàn)Zou Xuelu，Hisayoshi Toratani，Physical Review B，1995，52(22)15889~15897)等人研制的摻鐿玻璃含有較多氧化鈮，因此具有較高的受激發(fā)射截面σemi，但其非線性折射率n2較高?，F(xiàn)在研究較多的摻Y(jié)b3+離子磷酸鹽玻璃，其熱-機(jī)械性能較差，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述材料的不足，制備具有高受激發(fā)射截面σemi，長熒光壽命τ，低非線性折射率n2，和優(yōu)良熱-機(jī)械性能的摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽系統(tǒng)激光玻璃。
含高價(jià)陽離子氧化物的摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽激光玻璃，其基礎(chǔ)玻璃材料組成為P2O5-Al2O3-Nb2O5-MF-RF2，其中M為Li和/或Na，R為Mg和/或Ca，發(fā)光物質(zhì)為Yb2O3，具體組成摩爾百分?jǐn)?shù)為P2O5(44～48)，Al2O3(7)，Nb2O5(0.8～4)，LiF(0～10)，NaF(0～10)，MgF2(0～24)，CaF2(0～24)，Yb2O3為(1)。玻璃熔化溫度為1280-1350℃，保溫1小時(shí)，退火溫度為520℃，保溫1小時(shí)。
含高價(jià)陽離子氧化物的摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽激光玻璃的制造方法，按配比稱取磷酸氫二氨、氧化鋁、五氧化二鈮、氟化鋰、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣、三氧化二鐿等原料，混和制成均勻的配合料，將配合料放入剛玉坩鍋內(nèi)，在1280～1350℃熔融保溫1小時(shí)后，澆注成形，在520℃左右保溫退火1小時(shí)。
本發(fā)明的制造方法，通過調(diào)整P2O5和堿金屬或堿土金屬氟化物的含量以確保玻璃材料具有較好的光學(xué)和熱-機(jī)械性能，通過加入少量Nb2O5和氟化物，使玻璃具有較高的受激發(fā)射截面σemi，同時(shí)又不至于引起非線性折射率n2的升高。
由本發(fā)明提供的方法制備的摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽激光玻璃材料在25～300℃溫度范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)為63.7～85.6×10-7℃-1，1005nm處的受激發(fā)射截面σemi為0.620～1.065pm2，熒光壽命τ為730～1100μs，非線性折射率n2為1.12～1.28×10-13esu，增益系數(shù)σemi·τ為0.598～1.135pm2·ms。該玻璃具有較好的光學(xué)均勻性，是一類具有廣泛應(yīng)用前景的實(shí)用光學(xué)玻璃新材料。
由本發(fā)明所制得玻璃的主要性能如表1所示表1 本發(fā)明所提供的玻璃性能

具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1玻璃組成(mol％)為P2O5Al2O3Nb2O5LiF NaF MgF2Yb2O3447 4 10 10 241以磷酸氫二氨、氧化鋁、五氧化二鈮、氟化鋰、氟化鈉、氟化鎂、三氧化二鐿為原料，按上述組分稱量、混和均勻，然后在加熱到1350℃的電爐中保溫1小時(shí)，將熔制好的玻璃液在模具中快速冷卻形成塊狀基礎(chǔ)玻璃，送入520℃的退火爐中退火，保溫1個(gè)小時(shí)，然后冷卻至室溫即成摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽系統(tǒng)激光玻璃材料。其熱膨脹系數(shù)為66.8×10-7℃-1，抗彎強(qiáng)度為92.2MPa，非線性折射率n2為1.15×10-13esu，受激發(fā)射截面σemi為0.915pm2，熒光壽命τ為870μs，增益系數(shù)σemi·τ為0.796pm2·ms，其它性能如表1所示。
實(shí)施例2玻璃組成(mol％)為P2O5Al2O3Nb2O5LiF NaF CaF2Yb2O3447 4 10 10 241以磷酸氫二氨、氧化鋁、五氧化二鈮、氟化鋰、氟化鈉、氟化鈣、三氧化二鐿為原料，按上述組分稱量、混和均勻，然后在1320℃的電爐中保溫1小時(shí)，將熔制好的玻璃液在模具中快速冷卻形成塊狀基礎(chǔ)玻璃，送入520℃的退火爐中退火，保溫1個(gè)小時(shí)，然后冷卻至室溫即成摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽系統(tǒng)激光玻璃材料。其熱膨脹系數(shù)為72.1×10-7℃-1，抗彎強(qiáng)度為56.19MPa，非線性折射率n2為1.17×10-13esu，受激發(fā)射截面σemi為0.947pm2，熒光壽命τ為730μs，增益系數(shù)σemi·τ為0.691pm2·ms，其它性能如表1所示。
實(shí)施例3玻璃組成(mol％)為P2O5Al2O3Nb2O5LiF CaF2MgF2Yb2O3447 4 10 20141以磷酸氫二氨、氧化鋁、五氧化二鈮、氟化鋰、氟化鈣、氟化鎂、三氧化二鐿為原料，按上述組分稱量、混和均勻，然后在1300℃的電爐中保溫1小時(shí)，將熔制好的玻璃液在模具中快速冷卻形成塊狀基礎(chǔ)玻璃，送入520℃的退火爐中退火，保溫1個(gè)小時(shí)，然后冷卻至室溫即成摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽系統(tǒng)激光玻璃材料。其熱膨脹系數(shù)為63.7×10-7℃-1，抗彎強(qiáng)度為46.9MPa，非線性折射率n2為1.12×10-13esu，受激發(fā)射截面σemi為1.065pm2，熒光壽命τ為940μs，增益系數(shù)σemi·τ為1.001pm2·ms，其它性能如表1所示。
實(shí)施例4玻璃組成(mol％)為P2O5Al2O3Nb2O5NaF CaF2MgF2Yb2O3447 4 10 20141以磷酸氫二氨、氧化鋁、五氧化二鈮、氟化鈉、氟化鈣、氟化鎂、三氧化二鐿為原料，按上述組分稱量、混和均勻，然后在1280℃的電爐中保溫1小時(shí)，將熔制好的玻璃液在模具中快速冷卻形成塊狀基礎(chǔ)玻璃，送入520℃的退火爐中退火，保溫1個(gè)小時(shí)，然后冷卻至室溫即成摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽系統(tǒng)激光玻璃材料。其熱膨脹系數(shù)為73.5×10-7℃-1，抗彎強(qiáng)度為56.94MPa，非線性折射率n2為1.1 3×10-13esu，受激發(fā)射截面σemi為1.032pm2，熒光壽命τ為1100μs，增益系數(shù)σemi·τ為1.135pm2·ms，其它性能如表1所示。
實(shí)施例5玻璃組成(mol％)為P2O5Al2O3Nb2O5LiF NaF MgF2CaF2Yb2O3447 4 11 11 11111以磷酸氫二氨、氧化鋁、五氧化二鈮、氟化鈉、氟化鈉、氟化鈣、氟化鎂、三氧化二鐿等為原料，按上述組分稱量、混和均勻，然后在1300℃的電爐中保溫1小時(shí)，將熔制好的玻璃液在模具中快速冷卻形成塊狀基礎(chǔ)玻璃，送入520℃的退火爐中退火，保溫1個(gè)小時(shí)，然后冷卻至室溫即成摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽系統(tǒng)激光玻璃材料。其熱膨脹系數(shù)為76.7×10-7℃-1，抗彎強(qiáng)度為77.56MPa，非線性折射率n2為1.16×10-13esu，受激發(fā)射截面σemi為0.704pm2，熒光壽命τ為850μs，增益系數(shù)σemi·τ為0.598pm2·ms，其它性能如表1所示。
實(shí)施例6
玻璃組成(mol％)為P2O5Al2O3Nb2O5LiF NaF MgF2CaF2Yb2O347.2 7 0.811 11 11111以磷酸氫二氨、氧化鋁、五氧化二鈮、氟化鈉、氟化鈉、氟化鈣、氟化鎂、三氧化二鐿為原料，按上述組分稱量、混和均勻，然后在1300℃的電爐中保溫1小時(shí)，將熔制好的玻璃液在模具中快速冷卻形成塊狀基礎(chǔ)玻璃，送入520℃的退火爐中退火，保溫1個(gè)小時(shí)，然后冷卻至室溫即成摻鐿氟磷酸鹽系統(tǒng)激光玻璃材料。其熱膨脹系數(shù)為85.6×10-7℃-1，抗彎強(qiáng)度為46.45MPa，非線性折射率n2為1.28×10-13esu，受激發(fā)射截面σemi為0.731pm2，熒光壽命τ為940μs，增益系數(shù)σemi·τ為0.687pm2·ms，其它性能如表1所示。
實(shí)施例7玻璃組成(mol％)為P2O5Al2O3Nb2O5LiF NaF MgF2CaF2Yb2O346.4 7 1.611 11 11111以磷酸氫二氨、氧化鋁、五氧化二鈮、氟化鈉、氟化鈉、氟化鈣、氟化鎂、三氧化二鐿為原料，按上述組分稱量、混和均勻，然后在1300℃的電爐中保溫1小時(shí)，將熔制好的玻璃液在模具中快速冷卻形成塊狀基礎(chǔ)玻璃，送入520℃的退火爐中退火，保溫1個(gè)小時(shí)，然后冷卻至室溫即成摻鐿氟磷酸鹽系統(tǒng)激光玻璃材料。其熱膨脹系數(shù)為78.2×10-7℃-1，抗彎強(qiáng)度為61.18MPa，非線性折射率n2為1.14×10-13esu，受激發(fā)射截面σemi為0.620pm2，熒光壽命τ為1100μs，增益系數(shù)σemi·τ為0.682pm2·ms，其它性能如表1所示。
權(quán)利要求
1.含高價(jià)陽離子氧化物的摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽激光玻璃，其特征在于其基礎(chǔ)玻璃材料組成為P2O5-Al2O3-Nb2O5-MF-RF2，其中M為Li和/或Na，R為Mg和/或Ca，發(fā)光物質(zhì)為Yb2O3，具體組成摩爾百分?jǐn)?shù)為P2O544～48，Al2O37，Nb2O50.8～4，LiF0～10，NaF0～10，MgF20～24，CaF20～24，Yb2O31。
2.含高價(jià)陽離子氧化物的摻Y(jié)b3+離子氟磷酸鹽激光玻璃的制造方法，其特征在于按權(quán)利要求1所述配比稱取磷酸氫二氨、氧化鋁、五氧化二鈮、氟化鋰、氟化鈉、氟化鎂、氟化鈣、三氧化二鐿，混和制成均勻的配合料，將配合料放入剛玉坩鍋內(nèi)，在1280～1350℃熔融保溫1小時(shí)后，澆注成形，在520℃左右保溫退火1小時(shí)。
全文摘要
含高價(jià)陽離子氧化物的摻Y(jié)b
文檔編號(hào)C03B19/00GK101024552SQ20071003438
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者盧安賢, 劉樹江, 張小富, 肖卓豪, 李秀英, 王宇, 盧子祺 申請人:中南大學(xué)