鉺摻雜中紅外發(fā)光氟鋯鋅基玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于中紅外氣化物玻璃領(lǐng)域，具體設及一種巧滲雜中紅外發(fā)光氣錯鋒基玻 璃。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，巧滲雜的3ym輸出的固體激光器因在遙感、測距、環(huán)境檢測、生物工程和 醫(yī)療W及用于新的中紅外波段激光的抽運源等方面都具有十分重要的應用價值而引起了 廣泛的關(guān)注。3ym激光輸出首先是通過巧離子滲雜晶體獲得的。然而，大尺寸且性能優(yōu)異 的單晶制備和加工困難，價格昂貴，而稀±離子滲雜的激光玻璃則制備工藝成熟，可獲得高 光學均勻性的大尺寸產(chǎn)品，且稀±離子濃度和玻璃組分可在較大范圍內(nèi)調(diào)整，有利于改進 其激光性能。更為重要的是，玻璃便于加工，可W拉制成光纖，顯著增加表面積，提高散熱效 率，同時改善激光的光束質(zhì)量。因此，開發(fā)可獲得3ym波段激光的滲巧玻璃光纖材料具有 重要的研究意義。
[0003] 氣化物玻璃因其紅外透過范圍寬，身子能量低W及徑基含量小而成為中紅外材 料的首選。到目前為止，巧離子滲雜的氣化物ZBLAN玻璃光纖是唯一在3ym附近產(chǎn)生 激光輸出的基質(zhì)材料。1988年，Pollack首次報道了化滲雜的ZBLAN氣化物光纖，由于 Er3Vlii/2一 ％3/2躍遷，獲得中屯、波長在2. 78帕，輸出能量為75J的激光輸出。2008年， Zhu等在ZBLAN氣化物光纖中獲得瓦級激光輸出，之后相繼獲得近10W的激光輸出。此后， 2015年化Kin等在氣化物全光纖中實現(xiàn)了 30W的激光輸出。但是，從2010年研究者們 就提出ZBLAN玻璃較差的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性將限制了它在3ym輸出上的功率提高及 應用。
[0004] 早在1995年，Qiu等就提出錯鋒基玻璃具有較好的玻璃形成能力、優(yōu)良的機械和 化學性能。之后，對于具體組分的氣錯基玻璃的研究較少，同時到目前為止，沒有巧離子滲 雜的錯鋒基氣化物玻璃中中紅外發(fā)光性能的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種巧滲雜中紅外發(fā)光錯鋒基氣化物玻璃，該玻璃 具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，較好的紅外透過性能，且當化Fz含量為5mol%時在980nm波長的激 光二極管累浦下能獲得明顯較強的中紅外2. 7ym巧光。
[0006] 本發(fā)明具體的技術(shù)解決方案如下： 一種巧滲雜中紅外發(fā)光錯鋒基氣化物玻璃，其特點在于它的摩爾百分比組成為： 組成 mol% ZrF, 50-25, BaF2 33， YF310， A化 5， NaF 2 Znp2 5~2 5 化Fs I 上述巧滲雜中紅外發(fā)光錯鋒基氣化物玻璃的制備方法，包括下列步驟： ① 選定所述的玻璃組成及其摩爾百分比，計算出相應的各玻璃組成的重量，準確稱取 各原料，混合均勻形成混合料； ② 將混合料放入銷金相蝸中于900~1000°C的娃碳棒電爐中烙化，烙化過程中通入氮 氣作為保護氣氛，完全烙化后澄清10~15分鐘，將玻璃液誘注在預熱的模具中； ③ 將玻璃迅速移入到已升溫至低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg) 10°C的馬弗爐中，保溫3~4小 時，再WIOC/小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。
[0007] 本發(fā)明的有益效果如下： 本發(fā)明通過在巧滲雜中紅外發(fā)光氣錯酸鹽ZBYAN玻璃中引入化Fz,獲得透明光學質(zhì)量 較好的錯鋒基玻璃。且其在中紅外2.7ym附近紅外透過率保持較高水平，在980皿波長 的激光二極管累浦下可W獲得明顯增強的中紅外2.7ym巧光發(fā)射，適用于中紅外2.7ym 激光玻璃與光纖材料的制備及應用。
【附圖說明】
[0008] 圖1為實施例1#所獲得的巧滲雜中紅外發(fā)光錯鋒基氣化物玻璃在980nm波長的 激光二極管累浦下的巧光光譜。
[0009] 圖2為實施例2#所獲得的中紅外發(fā)光錯鋒基氣化物玻璃差熱曲線圖。
[0010] 圖3為實施例2#所獲得的中紅外發(fā)光錯鋒基氣化物玻璃透過曲線圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0012] 本發(fā)明中錯鋒基氣化物玻璃的6個具體實施案例的玻璃成分如表1所示： 表1 :具體6個案例的玻璃配方
[0013] 實施例1#:
組成如表1中1-4#所示，具體制備過程如下： 按照表1中1-4#玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應的各組成的重量，稱取各原料并 混合均勻；將混合料放入銷金相蝸中于規(guī)定烙化溫度的娃碳棒電爐中烙化，完全烙化后澄 清15分鐘，將玻璃液誘注在預熱的模具中；將玻璃迅速移入到已升溫至退火溫度附近的馬 弗爐中，保溫4小時，再W10°C/小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。
[0014] 對該玻璃的測試結(jié)果如下： 把退火后的樣品加工成10X20X1.0mm的玻璃片并拋光，在980皿波長的激光二極 管累浦下測試其巧光光譜，如圖1所示。實驗表明，玻璃透明，無析晶。在980nm波長的激 光二極管累浦下均可W獲得明顯的中紅外2.7ym巧光，當化Fz得含量為5mol%時，可W 獲得最強的巧光。適用于中紅外2. 7ym激光玻璃與光纖材料的制備及應用。
[001引實施例2#: 組成如表1中2#所示，具體制備過程如下： 按照表1中2#玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應的各組成的重量，稱取各原料并混 合均勻；將混合料放入銷金相蝸中于規(guī)定烙化溫度的娃碳棒電爐中烙化，完全烙化后澄清 15分鐘，將玻璃液誘注在預熱的模具中；將玻璃迅速移入到已升溫至退火溫度附近的馬弗 爐中，保溫4小時，再W10°C/小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。
[0016] 對該玻璃的測試結(jié)果如下： 取退火后的少許樣品，用瑪瑤研鉢磨成細粉末狀，進行差熱分析測試及XRD分析。
[0017] 把退火后的樣品加工成10X20X1. 0mm的玻璃片并拋光，測試其紅外透過譜。本 發(fā)明巧滲雜中紅外發(fā)光錯鋒基玻璃實施例2#的DSC曲線和紅外透過譜分別如圖2和3所 示。實驗表明，玻璃的成玻性能良好，在中紅發(fā)區(qū)域具有較好的透光性能，且在3ym附近 無明顯的徑基的吸收峰。該基質(zhì)材料適合作為3ym中紅外激光玻璃W及光纖材料。
【主權(quán)項】
1. 一種鉺摻雜中紅外發(fā)光氟鋯鋅基玻璃，其特征在于：它的摩爾百分比組成為： 組成 mol% ZrF4 50~25， BaF2 33， YF3 10， A1F3 5， NaF 2， ZnF2 5~25， ErF3l〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉺摻雜中紅外發(fā)光氟鋯鋅基玻璃，其特征在于：在氟鋯酸鹽 玻璃ZBYAN基質(zhì)的基礎上逐步加入ZnF2，形成透明無析晶的鋯鋅基氟化物玻璃。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉺摻雜中紅外發(fā)光氟鋯鋅基玻璃，其特征在于：所述的鉺摻 雜中紅外發(fā)光氟鋯基玻璃中鉺離子在980nm栗浦光激發(fā)下可獲得中紅外2.7μπι波段的 熒光發(fā)射。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉺摻雜中紅外發(fā)光氟鋯鋅基玻璃，其特征在于：當引入5 mol%的ZnFjf，鉺離子中紅外2. 7μm發(fā)光最強，且具有較好的抗析晶性能。5. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉺摻雜中紅外發(fā)光氟鋯鋅基玻璃的制備方法，包括如下 步驟： ① 選定所述的玻璃組成及其摩爾百分比，計算出相應的各玻璃組成的重量，準確稱取 各原料，混合均勻形成混合料； ② 將混合料放入鉑金坩堝中于900~KKKTC的硅碳棒電爐中熔化，熔化過程中通入氮 氣作為保護氣氛，完全熔化后澄清10~15分鐘，將玻璃液澆注在預熱的模具中； ③ 將玻璃迅速移入到已升溫至低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg) 10°C的馬弗爐中，保溫3~4小 時，再以10°C/小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鉺摻雜中紅外發(fā)光鋯鋅基氟化物玻璃，本發(fā)明通過在鉺摻雜中紅外發(fā)光氟鋯酸鹽ZBYAN玻璃中引入ZnF2，獲得透明光學質(zhì)量較好的鋯鋅基玻璃。且其在中紅外2.7μm附近紅外透過率保持較高水平，在980nm波長的激光二極管泵浦下可以獲得明顯增強的中紅外2.7μm熒光發(fā)射，適用于中紅外2.7μm激光玻璃與光纖材料的制備及應用。
【IPC分類】C03C3/32, C03B19/02, C03C4/12
【公開號】CN105271727
【申請?zhí)枴緾N201510744111
【發(fā)明人】黃飛飛, 張軍杰, 田穎, 徐時清
【申請人】中國計量學院
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月5日