專利名稱：：2μm低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及磷酸鹽激光玻璃，特別是一種2jam低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來，稀土摻雜的2pm輸出的固體激光器因其廣泛用途，引起了人們的關(guān)注。由于2pm激光與水的1.93pm吸收峰很近，對生物組織的吸收穿透深度淺，是一種理想的醫(yī)用激光器；另外，2pm激光具有大氣消光比低、對人眼安全等特點，可用于相干多普勒測風(fēng)雷達(dá)等遠(yuǎn)程探測系統(tǒng)；再者，2pm激光器是獲得3~5pm光學(xué)參量振蕩器的最適宜的抽運源，決定了它在軍事上的作用。因此無論在軍用還是民用，2pm激光器的研制都具有迫切的需求和重要的意義。2[xm輸出首先通過鈥(Ho)摻雜晶體獲得的。1865年，美國Johnson首次報道了在摻Ho"的YGA晶體中獲得2.09pm的輸出。目前國外對通過稀土摻雜晶體獲得2pm輸出的研究很多，而Ho:YGA激光器已經(jīng)應(yīng)用于臨床醫(yī)用。但是大尺寸晶體難以制備、稀土摻雜濃度小等缺點，限制了它的應(yīng)用。而稀土摻雜的玻璃光纖能很好地避免晶體的這些缺點。1998年，英國南安普頓大學(xué)首次在Tn^+摻雜的石英光纖中獲得了2pm輸出；同年，日本NEC公司實現(xiàn)了Ho3+:ZBLAN光纖的2pm輸出；2003年，法國雷恩大學(xué)激發(fā)Tm"摻雜的ZBLAN氟化物玻璃，獲得了1.8pm的輸出。然而石英玻璃基質(zhì)的聲子能量高、稀土離子在石英玻璃中的熒光壽命短，難以實現(xiàn)窄脈寬調(diào)Q脈沖輸出；而盡管氟化物玻璃的聲子能量低，但是它的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度較差以及苛刻的制備條件也限制了它在2|im輸出上的應(yīng)用。氟磷酸鹽玻璃是一種較為理想的基質(zhì)材料，它綜合了氟化物玻璃和磷酸鹽玻璃的優(yōu)點，玻璃成分較大范圍的可調(diào)性帶來了一系列光學(xué)性質(zhì)的可調(diào)性，較低的非線性折射率和較高的受激發(fā)射截面使其有望成為高功率激光器用激光玻璃，同時它具有較寬的熒光線寬和較高的稀土離子溶解度。另外在制備工藝上，它比氟化物玻璃更容易制備，工藝更加成熟，這為高質(zhì)量、低損耗光纖的拉制提供了保障。但是，目前國內(nèi)外對實現(xiàn)2pm發(fā)光的氟磷酸鹽玻璃的研究還很少見諸報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種2pm低磷含量的氟磷酸鹽玻璃及其制備方法，該玻璃具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，在980nm或者800nm波長的激光二極管泵浦下能獲得很強(qiáng)的2pm熒光。本發(fā)明具體的技術(shù)解決方案如下一種2(am低^5粦含量氟磷酸鹽激光玻璃，它的摩爾百分比組成為組成mol%A1(P03)33~6%,A1F330~35%，MgF29~12%，CaF21418%，SrF25~8%,BaF29~14%,NaF8~11%,LaF30~6%,RF3，其中R為稀土元素鐿Yb,鉺Er,銩Tm，鈥Ho，410%,該玻璃的稀土離子摻雜方式有Tm單摻、Yb-Tm雙摻、Er-Tm雙摻、Yb-Ho雙摻、Er-Ho雙摻、Tm-Ho雙摻、Yb-Tm-Ho三摻、Er-Tm-Ho三摻、Yb-Er-Tm三摻或Yb-Er-Ho三摻。本發(fā)明2pm低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃的制備方法如下選定并按照上述的玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料放入鉑金坩堝中于1000~1050°C的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10~15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的^莫具中；將玻璃迅速移入到已升溫至玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以下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。圖1為本發(fā)明2pm低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃實施例1#的差熱曲線。圖2為本發(fā)明.2ium低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃實施例1#在980nm波長的激光二極管泵浦下的熒光光譜。圖3為本發(fā)明2jum低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃實施例2#在800nm波長的激光二極管泵浦下的熒光光譜。具體實施例方式本發(fā)明2pm低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃的10個具體實施例，如表1所示表l:具體IO個實施例的玻璃配方<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例1#:組成如表l中1#所示，具體制備過程如下按照表1中1#玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料放入鉑金坩堝中于1020°C的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清1015分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的模具中；將玻璃迅速移入到已升溫至420。C的馬弗爐中，保溫34小時，再以1(TC/小時的速率降至室溫，完全冷卻后耳又出玻璃樣品。對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試。本發(fā)明2pm低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃的差熱曲線如圖1所示。把退火后的樣品加工成10x20x1.5毫米的玻璃片并拋光，在980mn波長的激光二極管泵浦下測試其熒光光譜。本發(fā)明2pm低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃的在980nm波長的激光二極管泵浦下的熒光光譜，如圖2所示。制備的玻璃透明，無析晶，物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，穩(wěn)定性參數(shù)AT^100。C。在980rnn或者800nm波長的激光二極管泵浦下可以獲得很強(qiáng)的2pm萸光，適用于2jam發(fā)光的摻稀土離子的特種玻璃及光纖材料的制備及應(yīng)用。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(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料》"鉑金坩堝中于1000。C的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10~15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的模具中；將玻璃迅速移入到已升溫至430。C的馬弗爐中，保溫34小時，再以10。C/小時的速率降至室溫，完全冷卻后耳又出玻璃樣品。對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的少許樣品，用瑪瑙研砵磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試。把退火后的樣品加工成10x20x1.5毫米的玻璃片并拋光，在800nm波長的激光二極管泵浦下測試其熒光光譜。本發(fā)明稀土離子摻雜低磷含量的氟磷酸鹽玻璃的在800nm波長的激光二極管泵浦下的熒光光譜如圖3所示。實施例3#:組成如表1中3#所示，具體制備過程如下按照表l中3#玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勾；將混合料放入鉑金坩堝中于105(TC的硅石友棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10~15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的模具中；將玻璃迅速移入到已升溫至440。C的馬弗爐中，保溫34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。對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試。把退火后的樣品加工成10x20x1.5毫米的玻璃片并拋光，在S00nin波長的激光二極管泵浦下測試其熒光光譜。實施例4#:組成如表1中4#所示，具體制備過程如下按照表1中4#玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料放入鉬金坩堝中于100(TC的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清10~15分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的模具中；將玻璃迅速移入到已升溫至440。C的馬弗爐中，保溫34小時，再以1(TC/小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試。才巴退火后的樣品加工成10x20x1.5毫米的玻璃片并拋光，在980nm波長的激光二極管泵浦下測試其焚光光譜。實施例5#到10#:組成如表1中5#到10#所示，具體制備過程如實施例1#。對5#到10#玻璃取退火后的少許樣品，用瑪瑙研缽磨成細(xì)粉末狀，進(jìn)行差熱分析測試，具有同樣類似于實施例1的結(jié)果。把退火后的樣品加工成10x20x1.5毫米的玻璃片并拋光，在980nm和800nm波長的激光二極管泵浦下測試其熒光光諳。實驗表明本發(fā)明的玻璃透明，無析晶，物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，穩(wěn)定性參數(shù)AT210(TC。在980nm或者800nm波長的激光二極管泵浦下可以獲得很強(qiáng)的2|am熒光，適用于2pm發(fā)光的摻稀土離子的特種玻璃及光纖材料的制備及應(yīng)用。權(quán)利要求1、一種2μm低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃，其特征在于它的摩爾百分比組成為組成mol％Al(PO3)33～6％，AlF330～35％，MgF29～12％，CaF214～18％，SrF25～8％，BaF29～14％，NaF8～11％，LaF30～6％，RF3，其中R為稀土元素Yb，Er，Tm，Ho，4～10％，該玻璃的稀土離子摻雜方式有Tm單摻、Yb-Tm雙摻、Er-Tm雙摻、Yb-Ho雙摻、Er-Ho雙摻、Tm-Ho雙摻、Yb-Tm-Ho三摻、Er-Tm-Ho三摻、Yb-Er-Tm三摻或Yb-Er-Ho三摻。2、權(quán)利要求1所述的2pm低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃的制備方法，其特征是該方法的步驟包括選定并按照權(quán)利要求1中所述的玻璃組成的摩爾百分比，計算出相應(yīng)的各組成的重量百分比，稱取各原料混合均勻；將混合料放入鉑金坩堝中于1000~1050°C的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清1015分鐘，將玻璃液澆注在預(yù)熱的模具中；將玻璃迅速移入到已升溫至玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下10°C的馬弗爐中，保溫3~4小時，再以1(TC/小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。全文摘要一種2μm低磷含量氟磷酸鹽激光玻璃及其制備方法，該玻璃的摩爾百分比組成范圍為Al(PO₃)₃3～6％，AlF₃30～35％，MgF₂9～12％，CaF₂14～18％，SrF₂5～8％，BaF₂9～14％，NaF8～11％，LaF₃0～6％，RF₃，其中R為稀土元素Yb，Er，Tm，Ho4～10％。使用熔融法制備該氟磷酸鹽玻璃，制備得到的玻璃透明，無析晶，物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，穩(wěn)定性參數(shù)ΔT≥100℃。在980nm或者800nm波長的激光二極管泵浦下可以獲得很強(qiáng)的2μm熒光，適用于2μm發(fā)光的摻稀土離子的特種玻璃及光纖材料的制備及應(yīng)用。文檔編號C03C3/32GK101481212SQ200910046609公開日2009年7月15日申請日期2009年2月25日優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日發(fā)明者于春雷,張麗艷,張軍杰,汪國年,孟王,胡麗麗,衣麗霞申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所