[發明專利]一種具有中紅外寬帶發光性能的晶體材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310485662.8
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103526294A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 唐慧麗;蔣先濤;蘇良碧;徐軍;吳鋒;汪傳勇;姜大朋;王靜雅;錢小波
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C30B29/32
• 分類號: C30B29/32;C09K11/74
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及一種具有中紅外寬帶發光性能的晶體材料及其制備方法，屬于無機材料技術領域。

背景技術

寬帶中紅外發光由于其可以應用于激光（激光遙感、激光雷達、可調協激光、超快激光），醫學（關節內窺鏡檢查、泌尿系統治療、牙科和眼科治療），軍事(紅外探測、跟蹤、目標捕獲、制導)等領域，因而備受國內外研究人員的重視。目前研究比較多的包括半導體二極管和量子級聯激光器（多數在低溫下工作），以及稀土元素和過渡元素摻雜材料，如Tm³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Dy³⁺、Cr²⁺、Co²⁺等。

自1999年日本科學家Murata和Fujimoto發現了含Bi的氧化硅玻璃具有寬帶的近紅外發光，并提出了其在光纖通訊領域具有著誘人的應用前景，眾多的科研人員都把精力投入到了含主族離子Bi元素的材料的近紅寬帶外發光性能研究，卻忽視了其中紅外發光性能研究。2009年，Hughes首先在5K條件下得到了摻Bi硫系玻璃在2000nm和2600nm的熒光效應。2012年，我國研究人員Cao在含有Bi₅(AlCl₄)₃的材料中觀察到了1000-4000nm的弱的熒光效應，并且認為發光中心是Bi₅³⁺。隨后，Alexey在AlCl₃/ZnCl₂/BiCl₃玻璃體系中，在77K條件下，也觀察到了1300～2500nm的寬帶熒光效應，他也認為發光中心是Bi₅³⁺。然而，前人的材料體系也存在一些不足，例如以上現象大多是在低溫下觀察到的，含有Bi₅(AlCl₄)₃的材料雖然是在室溫條件下就具有中紅外的發光，但是由于其材料的制備溫度很低（小于350℃），材料不穩定，易分解，材料的實用性還有待完善。相比而言，Bi₁₂GeO₂₀（又稱黃色BGO）晶體生長技術成熟，可制備高質量大尺寸晶體，物理化學性能穩定，利于加工，也可根據需要拉制成光纖，能夠與其它光學系統具有很好的兼容性，激發條件簡單；我們采用的300～1100nm的LD泵浦，能夠很好的利用現在已經發展成熟的二級管激光作為泵浦源，從而得到緊湊型、高效率、低成本商用激光器。

Bi₁₂GeO₂₀晶體發現于上世紀60年代末，屬于立方晶系，點群23，顏色淺黃，透明區為0.45～7.5μm，熔點930℃，常作為壓電和電光晶體材料。除此之外，該晶體還具有一系列其他優異的性能，如光折變效應、雙折射效應、旋光效應和良好的超聲性能等，是一個優質的多功能晶體材料。由于其具有良好的物理化學性能，科研人員也曾將其作為激光基質晶體材料，研究了在其中摻入稀土離子的發光性能，獲得了很多不錯的結果。然而，對于純Bi₁₂GeO₂₀晶體以及摻入不作為發光中心的離子，并獲得2～3μm的中紅外發光的研究卻鮮有報道。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題和缺陷，本發明的目的是提供一種摻雜了非發光離子的Bi₁₂GeO₂₀晶體的制備方法，為Bi₁₂GeO₂₀晶體的制備提供了新的途徑，對研究Bi₁₂GeO₂₀晶體的發光機理提供了新的材料。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種具有中紅外寬帶發光性能的晶體材料，是在Bi₁₂GeO₂₀晶體中摻雜了2～4μm波段內不具有發光性能的金屬離子的晶體材料。

作為一種優選方案，所述金屬離子選自Al³⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和Mo⁶⁺中的一種。

一種制備本發明所述的具有中紅外寬帶發光性能的晶體材料的制備方法，包括如下步驟：

a)按Bi₁₂GeO₂₀的化學計量比稱取Bi₂O₃粉體和GeO₂粉體后，加入摻雜粉體，混合均勻；