[發明專利]一種ZBYA氟化物玻璃及其制備方法

有效

• 申請號: 201910194119.X
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109704569B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 王鵬飛;趙海燕;易雅婷;戶倉川正樹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C03C3/32
• 分類號: C03C3/32;C03C4/12;C03B11/00
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本發明為一種ZBYA氟化物玻璃及其制備方法，屬于固體激光器領域，通過制備Dy³⁺、Tm³⁺共摻ZBYA氟鋯酸鹽玻璃基質可產生近紅外和中紅外波段熒光；基質及共摻離子間的摩爾百分比滿足如下配比：摻雜離子Dy³⁺時，50ZrF₄–33BaF₂–(9?x)YF₃–7AlF₃–1TmF₃–xDyF₃；摻雜離子Tm³⁺時，50ZrF₄–33BaF₂–(9?x)YF₃–7AlF₃–1DyF₃–xTmF₃；x＝0.2,0.5,1,2,3。本發明制備的離子摻雜玻璃透明度高，發光效率高，而且具有優良的化學穩定性，且制備工藝簡單，可以作為近紅外以及中紅外波段光纖激光器增益介質。

技術領域

本發明屬于固體光纖激光器領域，具體涉及一種ZBYA氟化物玻璃及其制備方法。

背景技術

1960年人類首次獲得第一束激光，由美國科學家梅曼等設計出鉻摻雜紅寶石的光纖輸出，從而得到了激光束波長為694nm的激光器。由于激光在方向性、相干性和單色性上的突出性能以及具有相當高的能量和亮度，使得激光很快應用到現代科學技術、國防科技和國民經濟等眾多部門，激光在制導、加工、外科手術、受控熱核反應以及光計算等領域的應用都已成為當今國際上引人注目的技術領域。固態的光纖激光器由于體積小、光束質量高、造價低、聲音小、輸出波長協調性佳、與光通信網絡的良好兼容性，能夠勝任惡劣的工作環境等眾多優點而備受關注。從1985年至今，在全球光通信產業蓬勃發展的帶動下，各個國家對光纖放大器和激光器研究不斷增加，半導體激光器產業的蓬勃發展以及光纖制造工藝提升，相關領域的研究工作也進入了蓬勃發展的時期。

和傳統激光器相比較，以摻雜稀土離子Ho³⁺，Yb³⁺，Pr³⁺，Er³⁺，Nd³⁺，Tm³⁺的光纖玻璃作為增益介質光纖激光器具有巨大的優勢，如效率高、體積小、易于集成、光束質量好、抗干擾能力強、散熱性好等。近幾十年來，隨著激光二極管泵浦技術及光纖材料和工藝研究的飛速進展，人類已經獲得應用于多種不同應用前景的光纖激光器并廣泛應用于光纖通信、工業造船、汽車制造、激光雕刻、醫療器械儀器設備等領域。由于光纖激光器的激發波長主要由基質原料中稀土激活劑離子所確定，所以可利用與稀土離子吸收峰相對應的短波長、高功率的廉價半導體激光器作為泵浦激發源，獲得光纖通信低損耗窗口的1～2μm的近紅外以及2～3μm的中紅外波長的激光輸出。波長在2～3μm的中紅外激光器在醫療、氣象、激光雷達、激光測距和大氣通信等領域具有十分廣泛的應用空間，一直吸引著科研人員的關注。對于稀土摻雜玻璃而言，擁有低聲子能量的基質玻璃是獲得高效率發光的一個重要因素，從而減小非輻射馳豫現象的發生。大多數的氧化物玻璃的聲子能量相對較大，為1100cm^-1，但是，氟化物玻璃具有一個獨持的優勢即聲子能量較低，約為300-400cm^-1，使摻雜的激活劑具有很高的量子效率。

激光玻璃是一種以玻璃為基質的固體激光材料，主要是由玻璃和激活離子兩部分組成。它廣泛應用于各類固體紅外激光器中，并且成為高功率和高能量激光器的主要激光材料。激光玻璃在國內外市場發展極其迅速，原因在于玻璃材料自身在性質和工藝方面具有以下優點：

1、容易制備：利用玻璃成熟的工藝技術并適當地進行改進，可以獲得高度光學均勻的玻璃,較易制出大尺寸的玻璃產品；

2、玻璃的成分易改變：基質玻璃的成分和性質變動范圍大，加入不同種類和數量的激活離子，較容易發展成具有不同特點的激光玻璃；

3、易加工成型：應用光學玻璃熱成型和冷加工的工藝技術，將激光玻璃加工成各種形狀,以便適合各種器件結構的需求。