[發明專利]稀土金屬摻雜石英玻璃及其生產方法

有效

• 申請號: 201710507245.7
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107540201B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: H.拜埃爾;S.格里姆;K.舒斯特;J.德利特;A.朗格納;G.舍茨;W.萊曼;T.凱澤
• 申請（專利權）人: 賀利氏石英玻璃股份有限兩合公司
• 主分類號: C03B32/00
• 分類號: C03B32/00;C03C23/00;C03B37/012;C03C3/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 石克虎;楊思捷

本發明公開了稀土金屬摻雜石英玻璃及其生產方法。在用于生產稀土金屬摻雜石英玻璃的已知方法中，提供了以下方法步驟：(a)提供稀土金屬摻雜石英玻璃的坯料，和(b)通過在加熱區中逐區地軟化所述坯料和通過沿旋轉軸線扭轉被軟化的區域來均化所述坯料。然而，一些稀土金屬表現出石英玻璃的變色，這暗示化學組成中的不可預見的和不期望的變化或可能是摻雜劑的不均勻分布。為了避免這種缺點，并且為了展示確保生產具有可再現的特性的稀土金屬摻雜石英玻璃的改進方法，本發明提出在根據方法步驟(b)的均化過程中，在起氧化作用的等離子體或中性等離子體的作用下軟化所述坯料。

技術領域

本發明涉及生產稀土金屬摻雜石英玻璃的方法，所述方法包括以下步驟：

(a)提供稀土金屬摻雜石英玻璃的坯料，和

(b)通過在加熱區中逐區地軟化所述坯料和通過沿旋轉軸線扭轉被軟化的區域來均化所述坯料。

此外，本發明涉及包含濃度為0.002-10摩爾%的稀土金屬氧化物的稀土金屬摻雜石英玻璃。

稀土金屬摻雜石英玻璃例如用于生產半導體制造的配件和組件或激光器技術中的光纖放大器或光纖激光器。在首先提到的應用領域中，摻雜劑引起玻璃材料耐干蝕刻的改進，并在第二應用領域中，產生了基質材料石英玻璃中的激光輻射的放大。

所述稀土金屬包括元素鈧、釔和鑭和鑭系元素。

背景技術

DE 10 2004 006 017 A1描述了摻雜有稀土金屬或過渡金屬的激光活性石英玻璃的生產。該公開起始于包含通過沉淀反應生成的納米級的SiO₂顆粒的含水粉漿(slip)以及水溶性水合物化合物的形式的摻雜劑的起始化合物。在造粒后，將仍然多孔的經摻雜的SiO₂粒狀物（granulate）放入石墨模具中，并且通過氣體加壓燒結成經摻雜的石英玻璃的坯料而玻璃化。首先將石墨模具加熱至1600℃的燒結溫度，同時保持負壓。在已經達到燒結溫度后，在爐內設定5巴的超壓并將模具保持在該溫度約30分鐘。在隨后冷卻至室溫的過程中，該超壓被進一步保持直至400℃的溫度。

隨后將以這種方式獲得的SiO₂坯料三維均化。通過在若干個方向上將SiO₂坯料徹底混合來產生均化。這導致條紋的消除以及在三個維度上均勻的折射率分布。

JP 2007-230814 A描述了稀土金屬摻雜石英玻璃的制造，其中在真空下或通過熱壓成石英玻璃坯料燒結粉末混合物，并且隨后通過扭轉來均化石英玻璃坯料。這產生了稀土金屬摻雜石英玻璃，其具有1.2-5重量%的稀土金屬濃度、低氣泡含量以及低OH含量。展現出＜5x10^-6的折射率分布。

WO 2005/054139 A1描述了生產激光活性石英玻璃的組件的坯料的方法，其通過提供具有小于10ppm的OH含量的稀土金屬摻雜激光活性石英玻璃的坯料和通過三維均化該SiO₂坯料進行。通過在若干個方向上將SiO₂坯料徹底混合來產生均化。這導致條紋的消除以及在三個方向上均勻的折射率分布。

從EP 1894896 A1已知通過使用混合粉末生產激光活性稀土金屬摻雜石英玻璃，所述混合粉末包含石英粉末和總量為1-20重量%的兩種或更多種摻雜元素，其中摻雜元素包括選自N、C和F的第一摻雜劑以及選自Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、鑭系元素和錒系元素的第二類摻雜劑。在起還原作用的氣氛中通過Verneuil方法將該混合粉末熔融成石英玻璃坯料。在100cm³的玻璃體積中視覺上可見具有約5mm²的總橫截面積的氣泡，并且對可見光的內部透射率是80%/cm。