一種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及玻璃的制備領域，特別涉及一種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃及其制 備方法。
【背景技術】
[0002] 鉍摻雜光纖是一類新型有源玻璃光纖，具有寬帶近紅外發(fā)光，可以實現(xiàn)紅外1-1. 6 微米波段可調諧激光輸出。目前報道的鉍光纖為鉍摻雜石英光纖，采用金屬有機物化學氣 相淀積法（MOCVD)制備。但這種制備方法必須在超過2000度的高溫下進行，否則石英無法 軟化，不能制得光纖。如此高的溫度將會導致鉍大量揮發(fā)，所以制得的鉍石英光纖，鉍摻雜 濃度低，僅有50ppm，增益低，熒光半高寬一般在100~150nm，很難突破200nm。這或許是因 為鉍濃度極低時鉍團簇離子發(fā)光基團無法形成的緣故。鉍石英光纖增益低，利用短光纖無 法實現(xiàn)激光振蕩，不利于器件小型化、集約化；熒光半高寬窄，將使得激光可調諧的波長范 圍窄，同時不利于實現(xiàn)超短脈沖激光的實現(xiàn)。如何實現(xiàn)鉍高濃度摻雜是目前困擾鉍光纖的 難題。解決的途徑之一是采用多組分玻璃制備光纖。多組分玻璃可以在較低溫度制備，這 樣可將光纖制備溫度降下來，有效避免鉍揮發(fā)，實現(xiàn)鉍高摻雜。但研究發(fā)現(xiàn)，鉍摻雜多組分 玻璃在二次受熱軟化，拉成光纖時，鉍近紅外發(fā)光通常會消失。發(fā)現(xiàn)在二次受熱軟化時，能 夠穩(wěn)定鉍價態(tài)的玻璃組分是關鍵。然而目前沒有這方面的報道。

【發(fā)明內容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術的上述缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種近紅外發(fā)光鉍 摻雜多組分玻璃，在二次受熱軟化時，玻璃能夠穩(wěn)定鉍近紅外發(fā)光中心。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法。
[0005] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0006] -種近紅外發(fā)光祕摻雜多組分玻璃，各氧化物組分的摩爾百分比為：
[0007]
[0008] -種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，包括以下步驟：
[0009] (1)按各氧化物組分的摩爾百分比稱取原料：
[0010]
[0011] (2)將步驟（1)稱取的化合物原料研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下預燒；
[0012] (3)將步驟（2)預燒后的樣品取出，研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下熔化、攪拌、 均化、澄清，得到玻璃熔體；熔制溫度為1000~1350°C，熔制時間為0. 5~2小時；
[0013] (4)將步驟（3)得到的玻璃熔體傾倒在模具上，自然冷卻、固化后，移至退火爐中 退火，消除殘余應力，制得近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃。
[0014] 步驟⑴所述預燒，具體為：
[0015] 預燒溫度為400~700°C，時間為1~5小時。
[0016] 步驟⑷所述退火，具體為：
[0017] 在600~700°C退火，時間為1~5小時。
[0018] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：
[0019] (1)本發(fā)明的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃可以在較低溫度1000~1300°C之間 制備，能有效避免祕揮發(fā)，可實現(xiàn)高濃度祕摻雜，摻雜濃度>5mol%，即大于50000ppm，遠高 于石英玻璃中鉍摻雜濃度~50ppm，摻雜濃度提高1000倍以上。
[0020] (2)本發(fā)明的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃發(fā)光覆蓋950~1600nm，發(fā)光半高寬 >200nm，寬于祕摻雜石英光纖。
[0021] (3)本發(fā)明的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃發(fā)光優(yōu)異，在軟化溫度900~980°C再 次加熱，發(fā)光能夠保持，說明發(fā)光熱穩(wěn)定好，這是目前其它鉍摻雜多組分玻璃所不具備的。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的實施例制備的不同鑭含量的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的發(fā) 光圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合實施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0024] 實施例
[0025] 本實施例的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備過程如下：
[0026] (1)以氧化鑭、氧化紀、氧化镥、氧化鎵、氧化銦、氧化鎂、碳酸|丐、碳酸鎖、碳酸鋇、 氧化鉍、氧化鍺為原料，按表1中所述的摩爾組成稱量原料，控制總重為l〇〇g。
[0027] (2)將步驟⑴稱取的化合物原料研磨混勻后，置于坩堝，按照表1中所述的工藝 參數(shù)進行預燒；
[0028] (3)將步驟（2)預燒后的樣品取出，研磨混勻后，置于坩堝，按照表1中所述的工藝 參數(shù)在空氣下進行熔制，熔制過程中進行攪拌、均化、澄清，去除氣泡、提高玻璃均勻性；
[0029] (4)將步驟⑶中玻璃熔體快速傾倒在模具上，自然冷卻、固化后，移至退火爐，按 照表1中所述的工藝參數(shù)進行退火，消除殘余應力，制得玻璃樣品。
[0030] 表1本實施例制備的玻璃樣品的組成、工藝參數(shù)及發(fā)光情況
[0031]

[0033] 本實施例制備的玻璃均透明且無氣泡，祕摻雜濃度均高于5mol %，即50000ppm， 遠高于祕摻雜石英光纖的50ppm。圖1為本實施例制備的不同鑭含量玻璃的發(fā)光圖，由圖可 知，玻璃在950-1600nm具有發(fā)光，鑭含量0%時，對應組分11. 00Ga203-17. OOBaO-6. OOBi2O3-66. OOGeO2，發(fā)光峰位位于1234nm，發(fā)光半高寬242nm ;鑭含量2 %時，對應組分2. OOLa2O3-I I. 00Ga203-17. OOBaO-6. 00Bi203-64. OOGeO2，發(fā)光峰位位于 1224nm，發(fā)光半高寬 238nm ;鑭含 量 6 % 時，對應組分 6. OOLa2O3-IL 00Ga203-17. OOBaO-6. 00Bi203-60.0 OGeO2，發(fā)光峰位位于 1206nm，發(fā)光半高寬234nm。隨鑭含量增加，發(fā)光峰藍移，半高寬變窄，但均寬于200nm。本 實施例制備的玻璃的發(fā)光均寬于鉍摻雜石英光纖。
[0034] 本實施例制備的玻璃在軟化溫度900~980°C下熱處理，玻璃保持透明，無析晶， 具有950-1600nm發(fā)光。
[0035] 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃，其特征在于，各氧化物組分的摩爾百分比為： LibOi 0~6.00% Y,〇3 0~6.00% Lu20 30~6.00% Ga203 9.00 ~13.00% ln203 9.00-13.00% MgO 10.01-17.00% CaO 10.0卜17.00% SrO 10.0卜17.00% BaO 10.0卜17.00% Bi20；55.0卜10_00% Ge02 余量。2. -種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 按各氧化物組分的摩爾百分比稱取原料： La：()3 0~6.00% Y：〇3 0-6.00% Lu20, 0~6.0C)% Ga辦9.00--13.00% ln；?0, 9.00 ~13.00% MgO 10.01-17.00% CaO 丨0_0卜17.00% SrO 10.0卜17.00% BaO 10.01-17.00% Bi20,. 5.0卜10.00% Ge02 余量； (2) 將步驟（1)稱取的化合物原料研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下預燒； (3) 將步驟（2)預燒后的樣品取出，研磨混勻后，置于坩堝，在空氣下熔化、攪拌、均化、 澄清，得到玻璃熔體；熔制溫度為1000~1350°C，熔制時間為0. 5~2小時； (4) 將步驟（3)得到的玻璃熔體傾倒在模具上，自然冷卻、固化后，移至退火爐中退火， 消除殘余應力，制得近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃。3. 根據(jù)權利要求2所述的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，其特征在于，步 驟（1)所述預燒，具體為： 預燒溫度為400~700°C，時間為1~5小時。4. 根據(jù)權利要求2所述的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法，其特征在于，步 驟（4)所述退火，具體為： 在600~700°C退火，時間為1~5小時。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃，包括La2O3、Y2O3、Lu2O3、Ga2O3、In2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、Bi2O3、GeO2；本發(fā)明還公開了上述玻璃在玻璃近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃的制備方法。本發(fā)明的近紅外發(fā)光鉍摻雜多組分玻璃，軟化溫度處理后，能保持寬帶近紅外發(fā)光，且不析晶、不失透，這是其它鉍摻雜多組分玻璃無法完成的；本發(fā)明玻璃發(fā)光覆蓋950～1600nm，發(fā)光半高寬>200nm，寬于鉍摻雜石英光纖，有望在多組分光纖、寬帶可調諧光纖激光、超短脈沖激光等領域獲得應用。
【IPC分類】C03C3/12, C03C4/12
【公開號】CN105016618
【申請?zhí)枴緾N201510424527
【發(fā)明人】彭明營, 鄭嘉裕
【申請人】華南理工大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月17日