发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题,提供一种近红外波段超宽带发射Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明提供一种近红外波段超宽带发射Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃,按照摩尔百分比,其包括以下原材料:74~75mol%的TeO2,14~15mol%的ZnO,4.5~5mol%的Na2O,4.5~5mol%的WO3,0.5~2mol%的Bi2O3,0.1~0.5mol%的Er2O3,0.4~0.6mol%的Tm2O3。
优选的,按照摩尔百分比,其包括以下原材料:74mol%的TeO2,14mol%的ZnO,5mol%的Na2O,5mol%的WO3,1mol%的Bi2O3,0.5mol%的Er2O3,0.5mol%的Tm2O3。
优选的,按照摩尔百分比,其包括以下原材料:75mol%的TeO2,14.7mol%的ZnO,4.6mol%的Na2O,4.6mol%的WO3,0.5mol%的Bi2O3,0.1mol%的Er2O3,0.5mol%的Tm2O3。
优选的,Na2O以Na2CO3的形式掺入,即Na2O由等摩尔量的Na2CO3代替。Na2O主要起添加Na+的作用,由于Na2O在空气中稳定性差,所以利用Na2CO3在高温下分解可以产生Na2O的反应,同样可以起到添加Na+的作用。
一种制备上述任一项的近红外波段超宽带发射Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃的方法,其包括如下步骤:
(1)按照摩尔百分比,分别称取各原材料,备用;
(2)将步骤(1)称好的原材料充分混合均匀,加热熔融得到玻璃溶液;
(3)将步骤(2)得到的玻璃溶液淬冷成型,得到玻璃片;
(4)将步骤(3)得到的玻璃片进行退火处理,得到碲酸盐光纤玻璃。
优选的,步骤(2):将步骤(1)称好的原材料充分研磨并混合均匀,倒入刚玉坩埚中,放置在880~920℃的高温炉中熔融1h,得到玻璃溶液。研磨工具可以为玛瑙研钵;高温炉可以为硅碳棒电炉。
优选的,步骤(3):从高温炉中取出装有玻璃溶液的刚玉坩埚,在预先加热的石墨模具上淬冷成型,得到玻璃片。
优选的,步骤(4):将浇注有玻璃溶液的石墨模具放入300℃~320℃的马弗炉中退火,退火结束后,得到碲酸盐光纤玻璃。
优选的,退火过程为:将浇注有玻璃液的石墨模具转移至已升温至300℃~320℃的马弗炉中,先保温2h,然后以8~10℃/h的速率降温至室温。
优选的,步骤(4):从马弗炉中取出装有碲酸盐光纤玻璃的石墨模具,对碲酸盐光纤玻璃进行双面抛光处理。
优选的,步骤(3)中预先加热的石墨模具温度为300℃;
优选的,原材料的质量百分比纯度为99.99%。
本发明的有益效果:本发明提供了一种近红外波段超宽带发射Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃及其制备方法,制备工艺简单,成本低,物化性能优良,性能稳定,在碲酸盐光纤玻璃中引入Bi+离子、Er3+离子和Tm3+离子,通过三种离子共掺和浓度优化实现了三种离子的能量传递,该Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃在808nm波长的泵浦光激励下,覆盖了光信号传输的O(1260-1360nm)、E(1360-1460nm)、S(1460-1530nm)、C(1530-1565nm)和L(1565-1625nm)五个波段,远大于普通稀土掺杂石英玻璃(FWHM~50nm)和Er/Tm共掺多组分玻璃(FWHM~200nm)的荧光半高宽,极大地提高了波分复用***的通信容量,在光通信***有良好的应用价值。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
实施例1
本发明提供一种近红外超宽带发光Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃,其包括如下步骤:
(1)按照摩尔百分比,分别称取各原材料:74mol%的TeO2,14mol%的ZnO,5mol%的Na2CO3,5mol%的WO3,1mol%的Bi2O3,0.5mol%的Er2O3,0.5mol%的Tm2O3,备用;其中,要求各原材料的质量百分比纯度为99.99%。
(2)将步骤(1)称好的原材料充分研磨并混合均匀,倒入刚玉坩埚中,放置在900℃的高温炉中熔融1h,得到玻璃溶液。
(3)从高温炉中取出装有玻璃溶液的刚玉坩埚,在预先加热的石墨模具上淬冷成型,得到玻璃片;其中,预先加热的石墨模具温度为300℃。
(4)将浇注有玻璃溶液的石墨模具放入马弗炉中退火,退火过程为:将浇注有玻璃液的石墨模具转移至已升温至300℃的马弗炉中,先保温2h,然后以10℃/h的速率降温至室温,退火结束后,得到碲酸盐光纤玻璃。
(5)从马弗炉中取出装有碲酸盐光纤玻璃的石墨模具,对碲酸盐光纤玻璃进行双面抛光处理,加工成1.5cm×1.5cm×1.5mm两面抛光的碲酸盐光纤玻璃。
实施例2
本发明提供一种近红外超宽带发光Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃,其包括如下步骤:
(1)按照摩尔百分比,分别称取各原材料:75mol%的TeO2,14.7mol%的ZnO,4.6mol%的Na2CO3,4.6mol%的WO3,0.5mol%的Bi2O3,0.1mol%的Er2O3,0.5mol%的Tm2O3,备用;其中,要求各原材料的质量百分比纯度为99.99%。
(2)将步骤(1)称好的原材料充分研磨并混合均匀,倒入刚玉坩埚中,放置在900℃的高温炉中熔融1h,得到玻璃溶液。
(3)从高温炉中取出装有玻璃溶液的刚玉坩埚,在预先加热的石墨模具上淬冷成型,得到玻璃片;其中,预先加热的石墨模具温度为300℃。
(4)将浇注有玻璃溶液的石墨模具放入马弗炉中退火,退火过程为:将浇注有玻璃液的石墨模具转移至已升温至300℃的马弗炉中,先保温2h,然后以10℃/h的速率降温至室温,退火结束后,得到碲酸盐光纤玻璃。
(5)从马弗炉中取出装有碲酸盐光纤玻璃的石墨模具,对碲酸盐光纤玻璃进行双面抛光处理,加工成1.5cm×1.5cm×1.5mm两面抛光的碲酸盐光纤玻璃。
实施例3
本发明提供一种近红外超宽带发光Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃,其包括如下步骤:
(1)按照摩尔百分比,分别称取各原材料:74mol%的TeO2,15mol%的ZnO,4.5mol%的Na2CO3,4.5mol%的WO3,1.5mol%的Bi2O3,0.1mol%的Er2O3,0.4mol%的Tm2O3,备用;其中,要求各原材料的质量百分比纯度为99.99%。
(2)将步骤(1)称好的原材料充分研磨并混合均匀,倒入刚玉坩埚中,放置在880℃的高温炉中熔融1h,得到玻璃溶液。
(3)从高温炉中取出装有玻璃溶液的刚玉坩埚,在预先加热的石墨模具上淬冷成型,得到玻璃片;其中,预先加热的石墨模具温度为300℃。
(4)将浇注有玻璃溶液的石墨模具放入马弗炉中退火,退火过程为:将浇注有玻璃液的石墨模具转移至已升温至310℃的马弗炉中,先保温2h,然后以8℃/h的速率降温至室温,退火结束后,得到碲酸盐光纤玻璃。
(5)从马弗炉中取出装有碲酸盐光纤玻璃的石墨模具,对碲酸盐光纤玻璃进行双面抛光处理,加工成1.5cm×1.5cm×1.5mm两面抛光的碲酸盐光纤玻璃。
实施例4
本发明提供一种近红外超宽带发光Bi-Er-Tm共掺碲酸盐光纤玻璃,其包括如下步骤:
(1)按照摩尔百分比,分别称取各原材料:74.2mol%的TeO2,14mol%的ZnO,4.5mol%的Na2CO3,4.5mol%的WO3,2mol%的Bi2O3,0.20mol%的Er2O3,0.6mol%的Tm2O3,备用;其中,要求各原材料的质量百分比纯度为99.99%。
(2)将步骤(1)称好的原材料充分研磨并混合均匀,倒入刚玉坩埚中,放置在920℃的高温炉中熔融1h,得到玻璃溶液。
(3)从高温炉中取出装有玻璃溶液的刚玉坩埚,在预先加热的石墨模具上淬冷成型,得到玻璃片;其中,预先加热的石墨模具温度为300℃。
(4)将浇注有玻璃溶液的石墨模具放入马弗炉中退火,退火过程为:将浇注有玻璃液的石墨模具转移至已升温至320℃的马弗炉中,先保温2h,然后以9℃/h的速率降温至室温,退火结束后,得到碲酸盐光纤玻璃。
(5)从马弗炉中取出装有碲酸盐光纤玻璃的石墨模具,对碲酸盐光纤玻璃进行双面抛光处理,加工成1.5cm×1.5cm×1.5mm两面抛光的碲酸盐光纤玻璃。
分别对上述实施例1~实施例4所制备的碲酸盐光纤玻璃进行性能测试,在808nm波长的泵浦光激励下测试得到近红外波段的荧光发射光谱。
如图1和图2所示,测试实施例1的玻璃得到荧光光谱,其增益光谱范围约为1000~2100nm,光谱有三个发光中心,分别为位于1290nm的Bi+发射峰,1530nm的Er3+离子发射峰,1800nm的Tm3+发射峰,碲酸盐光纤玻璃的荧光半高宽(FWHM)达到了695nm,测试实施例2的碲酸盐光纤玻璃荧光半高宽为690nm,测试实施例3的碲酸盐光纤玻璃荧光半高宽为708nm,测试实施例4的碲酸盐光纤玻璃荧光半高宽为680nm,覆盖了光信号传输的O(1260-1360nm)、E(1360-1460nm)、S(1460-1530nm)、C(1530-1565nm)和L(1565-1625nm)五个波段,远大于普通稀土掺杂石英玻璃(FWHM~50nm)和Er/Tm共掺多组分玻璃(FWHM~200nm)的荧光半高宽,极大地提高了波分复用***的通信容量,在光通信***有良好的应用价值。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。