[發明專利]摻釹氟磷酸鹽玻璃及其制備方法

有效

• 申請號: 201610021399.0
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105601106B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 張麗艷;薛天峰;胡麗麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C03C4/12
• 分類號: C03C4/12;C03C3/247;C03B5/16;C03B5/225;C03B19/02;C03B25/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純,張寧展

技術領域

本發明涉及激光玻璃，特別是一種摻釹氟磷酸鹽玻璃及其制備方法，該摻釹氟磷酸鹽玻璃具有優良成玻璃性能、高熒光、壽命低、非線性系數和無堿的特點，適用于固態激光放大。

背景技術

摻釹磷酸鹽玻璃是目前世界上大裝置高能激光聚變系統唯一廣泛使用的工作物質，主要作用是為激光裝置激光放大提供足夠的儲能與增益。其中Nd³⁺離子熒光壽命是重要的增益性能參數之一，而非線性折射率n₂亦是重要的輸出性能參數之一。相比于摻釹磷酸鹽玻璃，摻釹氟磷酸鹽玻璃具有折射率及非線性折射率低及熒光壽命高的特點，其中，低折射率有利于抑制釹玻璃內部放大自發輻射效應(ASE)；低非線性折射率和高熒光壽命有利于較大幅度提高裝置輸出性能。美國專利4,120,814 及4,225,459報道了系列低n₂摻釹氟磷玻璃，其特征為n₂＝0.6-0.7,含有 2-15wt％的堿金屬氟化物以降低非線性折射率。堿金屬氟化物的存在會降低玻璃的轉變溫度和熱穩定性能，不僅造成玻璃在高功率狀態下容易破壞，且使玻璃在高光均大尺寸制備時面臨很大的制備困難。

發明內容

本發明的目的是提供一種摻釹氟磷酸鹽激光玻璃及其制備方法，該玻璃的特點是具有低非線性系數、高熒光壽命，容易進行大尺寸制備，具有優良的成玻璃性能和良好的析晶穩定性能。滿足高能激光系統儲能和放大的使用要求。

本發明的技術解決方案如下：

一種摻釹氟磷酸鹽激光玻璃，其特點在于該玻璃主要由低含量的磷酸鹽和高含量的二價及三價金屬氟化物組成，該玻璃的陽離子的摩爾百分組成為：P⁵⁺：12.0～12.1，Al³⁺：28.2～28.6，Mg²⁺：7.7～7.8，Ca²⁺： 18.8～19.1，Sr²⁺：18.8～19.1，Ba²⁺：9.4～9.5，Y³⁺：3.4～3.5，Nd³⁺： 0.5～1.6，F^-/(F^-+O^2-)摩爾比為82.49～82.59％。

所述的摻釹氟磷酸鹽激光玻璃的制備方法，其特點在于該方法包括下列步驟：

1)首先以Al(PO₃)₃、Sr(H₂PO₄)₂、Ba(PO₃)₂、MgF₂、CaF₂、SrF₂、 BaF₂、AlF₃、YF₃和NdF₃作為引入所述離子的原料，選定摻釹氟磷酸鹽激光玻璃組成所述的陽離子的摩爾百分比并選定引入離子的原料，稱取玻璃粉料，充分攪拌均勻形成玻璃配合料；

2)將所述的配合料加入白金坩堝中進行熟料熔制，熔融溫度為 1050℃，熔制好的玻璃液灌入密封的大尺寸白金坩堝中，玻璃液面通氮氣保護，玻璃液澄清60分鐘后，降溫至730℃攪拌6小時，攪拌速度為 80轉/分鐘；后勻速降溫至680℃保溫30分鐘，同時葉槳轉速降至20轉 /分鐘，然后在預熱至350℃的鑄鐵模具上漏料成型；

3)將所澆注的玻璃放入已升溫至450℃的馬弗爐中，保溫8小時，以1℃/小時的速度退火至300℃，然后以5℃/小時的速度退火至室溫。

實驗表明，本發明玻璃體系的特點是，在保持了高熒光壽命和低非線性的同時，玻璃具有很好的成玻璃性能、優秀的析晶穩定性能和比摻釹磷酸鹽玻璃的較高的轉變溫度。樣品澆注厚度為6cm時，熔制及成型過程中均無析晶出現。

本發明的有益效果為：

Nd³⁺離子在本體系中的熒光壽命為336-530μs，非線性折射率n₂為 0.58-0.6×10¹³esu。玻璃轉變溫度為457-459℃，析晶性能優秀，粘度曲線顯示其具有良好的粘度特性。

附圖說明

圖1是本發明無堿摻釹氟磷酸鹽激光玻璃的DSC曲線

圖2是本發明無堿摻釹氟磷酸鹽激光玻璃的粘度曲線

具體實施方式

以下結合實施例對本發明做進一步闡述。