CN103159404A

CN103159404A - 2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN103159404A
Application number: CN2013101035997A
Authority: CN
Inventors: 王欣; 胡丽丽; 李文涛; 李科峰; 张磊; 李志兰
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-06-19

Abstract

一种2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃及其制备方法，该玻璃的摩尔百分比组成范围为：40～60mol%SiO₂、5～15mol%Al₂O₃、10～40mol%CaO、0～25mol%SrO或BaO、0～15mol%MgO或ZnO、0～8mol%La₂O₃和0.3～2mol%R₂O₃(R为稀土元素Tm、Ho)。使用熔融法制备该种硅酸盐激光玻璃，该玻璃透明、无析晶、热稳定性好，同时由于玻璃中不含有对2μm发光不利的碱金属和硼等元素，该种玻璃在激光二极管泵浦下可以获得很强的2μm荧光，可应用于输出2μm波段激光的中红外激光器。

Description

2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅酸盐玻璃，特别是一种2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃及其制备方法。

背景技术

近年来，稀土掺杂的2μm输出的固体激光器和光纤激光器因其广泛的应用价值，引起了人们的关注。由于水分子在2μm处有很强的吸收，故2μm激光对生物组织的吸收穿透深度浅，是一种理想的医用工具；另外；2μm激光具有大气消光比低，对人眼安全等优点，可用于激光雷达和大气探测***；再者，2μm激光可以作为3-5μm波段光学参量振荡器和放大器的理想抽运源，决定了它在军事上的应用。因此无论是在军事还是民用，2μm激光器和激光材料的研制都有迫切的需求和广泛的应用价值。

硅酸盐作为玻璃基质具有物化性能稳定，光学性能良好以及对稀土离子溶解度高等优点。稀土掺杂硅酸盐激光玻璃以Si的化合物作为玻璃网络形成体，在玻璃基质中加入碱金属和碱土金属等作为玻璃修饰体，部分玻璃基质中还会加入B₂O₃和Al₂O₃等中间体。玻璃修饰体的加入能够提供非桥氧，使得玻璃结构更加开放，有利于稀土离子的掺杂，同时又能改善玻璃的熔制条件。玻璃中间体的加入也能提高稀土离子的掺杂浓度，另外还可以改善玻璃的热稳定性。对于稀土掺杂硅酸盐激光玻璃的2μm输出来说，加入碱金属会使得玻璃的发射截面和发光强度降低。B₂O₃的引入会使得玻璃中存在化学键的高频振动（如B-O-B的伸缩振动）从而使得玻璃基质的最大声子能量变大，增加了用于2μm发光的稀土离子两能级间的多声子弛豫几率，降低荧光寿命和荧光强度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃及其制备方法，该玻璃具有优良的热稳定性，在800nm波长的激光二极管泵浦下有很强的2μm荧光。

本发明的技术解决方案如下：

一种2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃，其特征在于它的摩尔百分比浓度组成为：

所述的稀土掺杂方式有Tm单掺、Ho单掺和Tm-Ho双掺。

本发明2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃的具体制备过程如下：

1)配料：选定并按照上述的玻璃组成的摩尔百分比，计算出相应各组成的重量百分比，称取原料并混合均匀装入坩埚；上述物质的原料为分析纯，可以是氧化物，也可以是碳酸盐、硝酸盐和氢氧化物等;

2)熔融：将坩埚置于1400～1500℃的熔炉中,熔融0.5～2小时，经均化和澄清后得到玻璃液；在熔融过程中需要同氧气来去除玻璃中的羟基；

3)浇注；将玻璃液浇注到预热的模具当中,得到玻璃的初品；

4)退火；将浇注出来的玻璃放入预热至玻璃态转变温度Tg的马弗炉中保温2小时，然后以10～40℃/h的速度降温至室温，完全冷却后得到玻璃成品。

本发明2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃具有玻璃透明、无析晶、热稳定性好等优点，同时由于玻璃中不含有对2μm发光不利的碱金属和硼等元素，该玻璃在800nm激光二极管泵浦下可以获得很强的2μm荧光，可应用于输出2μm波段激光的中红外激光器当中。

附图说明

图1为本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃实施例1^#的差热曲线。

图2为本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃实施例1^#在800nm激光二极管泵浦下的荧光光谱。

图3为本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃实施例2^#在800nm激光二极管泵浦下的荧光光谱。

图4为本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃实施例3^#在800nm激光二极管泵浦下的荧光光谱。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明做进一步详细阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。

本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃的8个具体实施例，如表1所示：

表1：具体8个实施例的玻璃配方

实施例1^#

组成如表1中1^#所示，具体制备过程如下：

选定并按照表1中1^#玻璃组成的摩尔百分比，计算相应各组成的重量百分比，分别称取对应的氧化物或者碳酸盐分析纯原料的重量，总重量相当于50g玻璃；将粉末状原料混合均匀后装入坩埚；将坩埚置于1450℃的熔炉中,熔融1小时，经均化和澄清后得到玻璃液；在熔融过程中需要同氧气来去除玻璃中的羟基；将玻璃液浇注到预热的模具当中,得到玻璃的初品；将浇注出来的玻璃放入预热至玻璃态转变温度Tg的马弗炉中保温2小时，然后以10～40℃/h的速度降温至室温，完全冷却后得到玻璃成品。

对该玻璃的测试结果如下：

取退火后的少许样品，用玛瑙研钵磨成细粉末状，进行差热分析测试。本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃的差热曲线如图1所示。

把退火后的样品加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光，在800nm波长的激光二极管的泵浦下测试其荧光光谱。本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃在800nm激光二极管泵浦下的荧光光谱如图2所示。

实施例2^#：

组成如表1中2^#所示，具体制备过程如实施例1^#。

对该玻璃的测试结果如下：

取退火后的少许样品，用玛瑙研钵磨成粉末状，进行差热分析测试。把退火后的样品加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光，在800nm波长的激光二极管的泵浦下测试其荧光光谱。本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃在800nm激光二极管泵浦下的荧光光谱如图3所示。

实施例3^#：

组成如表1中2^#所示，具体制备过程如实施例1^#。

对该玻璃的测试结果如下：

取退火后的少许样品，用玛瑙研钵磨成粉末状，进行差热分析测试。把退火后的样品加工成10×20×1毫米的玻璃片并抛光，在800nm波长的激光二极管的泵浦下测试其荧光光谱。本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃在800nm激光二极管泵浦下的荧光光谱如图4所示。

实施例4^#：

组成如表1中4^#所示，具体制备过程如下：

选定并按照表1中4^#玻璃组成的摩尔百分比，计算相应各组成的重量百分比，分别称取对应的氧化物或者碳酸盐分析纯原料的重量，总重量相当于50g玻璃；将粉末状原料混合均匀后装入坩埚；将坩埚置于1500℃的熔炉中,熔融1小时，经均化和澄清后得到玻璃液；在熔融过程中需要同氧气来去除玻璃中的羟基；将玻璃液浇注到预热的模具当中,得到玻璃的初品；将浇注出来的玻璃放入预热至玻璃态转变温度Tg的马弗炉中保温2小时，然后以10～40℃/h的速度降温至室温，完全冷却后得到玻璃成品。

实施例5^#到12^#：

组成如表1中5^#到12^#所示，具体制备过程如实施例1^#。

对实施例4^#到12^#作了相应的测试，得到了实施例1^#类似的结果。实验表明，本发明无硼无碱硅酸盐激光玻璃具有玻璃透明、无析晶、热稳定性好等优点，在800nm波长的激光二极管泵浦下可以获得很强的2μm荧光，可应用于输出2μm波段激光的中红外激光器当中。

Claims

1.一种2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃，其特征在于该玻璃的摩尔百分比组成为：

所述的稀土掺杂方式有Tm单掺、Ho单掺和Tm-Ho双掺。

2.权利要求1所述2μm输出无硼无碱硅酸盐激光玻璃的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①配料：选定并按照上述的玻璃组成的摩尔百分比，计算出相应各组成的重量百分比，称取原料并混合均匀后装入坩埚；上述物质的原料为分析纯的氧化物、碳酸盐、硝酸盐或氢氧化物；

②熔融：将装有上述原料的坩埚置于1400～1500℃的熔炉中，熔融0.5～2小时，经均化和澄清后得到玻璃液；在熔融过程中需要通氧气，以去除玻璃中的羟基；

③浇注：将玻璃液浇注到预热的模具当中,得到玻璃的初品；

④退火：将浇注出来的玻璃放入预热至玻璃态转变温度Tg的马弗炉中保温2小时，然后以10～40°C/h的速度降温至室温，完全冷却后得到玻璃成品。