[發明專利]一種摻鉺的鑭鈦系近紅外熒光玻璃及其制備方法

有效

• 申請號: 201610230469.3
• 申請日: 2016-04-14
• 公開（公告）號: CN105884190B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 余建定;汪超越;劉巖;李勤;王偉;張明輝;谷彥靜;鄭效杰;段蛟;李未
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C03C3/12
• 分類號: C03C3/12;C03C4/12;C03B5/16;C03B5/235
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)31261
• 代理人: 曹芳玲,鄭優麗

技術領域

本發明涉及到一種新型摻鉺的鑭鈦系近紅外熒光玻璃，該材料屬于近紅外熒光材料領域。

背景技術

近紅外光是一種電磁波，波長范圍為780～2526nm。受特定波長的光激發后能立即發射出對應波段的近紅外光的材料，稱為近紅外熒光材料。隨著互聯網的發展，人們對于網絡傳輸速度的要求日益增強，因此減少光纖中信號損耗，擴大光纖傳輸信號的頻段范圍，成為極具市場價值的發展領域。目前，廣泛使用的石英光纖在1000～1700nm波段信號損失小，其中1550nm處損失最小，因此在近紅外領域人們非常關注該波段對應的熒光材料。現在普遍使用的摻稀土ZBLAN就屬于該類材料，ZBLAN作為光纖放大材料在1550nm處的半峰寬約為60nm，并未充分的利用石英光纖中低損耗的傳輸波段，限制了傳輸信號的波段范圍，因此，找到更大半峰寬的光纖放大材料對于推動網絡技術的發展具有重要意義。

目前，主要通過在玻璃基體中摻入稀土離子制備近紅外熒光材料。稀土離子在玻璃基體中的熒光特性，與基體材料的聲子能量、折射率等特性密切相關。聲子能量低，能夠減少無輻射損失，有利于提高熒光轉化效率；而折射率高則有利于增大熒光的發射截面，往往能夠增加半峰寬的寬度，同時提高發光強度。另外，熱穩定性也是影響玻璃性能的重要因素，若該性能差，使用過程中隨著溫度升高可能導致玻璃析晶失透，使原有的性能遭到破壞。因此，獲得聲子能量低，折射率高，熱穩定性好，摻雜濃度大的體系對提升熒光玻璃的性能具有重要意義。

在眾多的玻璃體系中，如硫系玻璃、氟化物玻璃、氧化物玻璃等，氧化物玻璃具有更穩定的化學性質。在現有的氧化物材料中，TiO₂折射率高、聲子能量低，是一種理想的原料成分。此外，La₂O₃介電常數高，加入到材料中往往能進一步提高材料的折射率。已有大量文獻表明：含有這兩種成分的玻璃材料，具有較好的發光效果。2011年，Xiuhong Pan等人在La₂O₃-TiO₂-ZrO₂玻璃體系中摻入Nd³⁺/Yb³+離子，Nd³⁺最大摻雜濃度為2.4％，通過980nm的紅外光激發，在550nm獲得了良好的熒光輸出(Pan,X.H,et al.(2011)."Upconversion fluorescence in Nd³⁺/Yb³⁺co-doped titanate glasses prepared by containerless method."Journal of Materials Research 26(23):2907-2911.DOI:10.1557/jmr.2011.365.)。2013年，分鐘ghui Zhang等人在La₂O₃-TiO₂-ZrO₂玻璃體系中摻入Tm³⁺/Yb³⁺，通過980nm的紅外光激發，在476nm亦獲得了肉眼可見的熒光輸出(Zhang,M.H.,et al.(2013)."Preparation and Upconversion Lumilescence of Nd³⁺/Yb³⁺Co-doped La₂O₃-TiO₂-ZrO₂Glass-ceramics."Journal of Inorganic Materials.28(8):896-900.DOI:10.3724/SP.J.1077.2013.13196)。可見，以TiO₂和La₂O₃為主要成分的玻璃體系，熒光性能優異。