[發明專利]一種高透明的Yb3+單摻雜氟硅酸鹽微晶玻璃的制備方法

在審

• 申請號: 201910323492.0
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109867444A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 王鵬飛;黎文浩;王鑫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C03C4/12
• 分類號: C03C4/12;C03C10/16;C03B19/02;C03B32/02
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本發明屬于特種玻璃生產制造技術領域，具體涉及一種高透明的Yb³⁺單摻雜氟硅酸鹽微晶玻璃的制備方法。包括將原料試劑研磨攪拌；在高溫爐中熔制得到玻璃液，將玻璃液淬冷，用銅板壓制得到透明的前驅體玻璃樣品；將前驅體玻璃樣品退火處理；再進行進行熱處理，玻璃樣品中析出氟化物微晶，得到微晶玻璃。原料試劑的化學組成按摩爾百分比計為55mol％的SiO₂、22.5mol％的KF、22.5mol％。摻雜離子是在玻璃基質的基礎上摻雜0.1～0.9mol％YbF₃。本方法制備工藝簡單，可實現批量化生產。制備的微晶玻璃透明度高，發光效率高，能在980nm半導體激光器泵浦下能實現強的藍光發射，具有優良的化學穩定性，可作為照明顯示用的發光玻璃材料，也可應用與光纖激光器領域，前景廣闊。

技術領域

本發明屬于特種玻璃生產制造技術領域，具體涉及一種高透明的Yb³⁺單摻雜氟硅酸鹽微晶玻璃的制備方法。

背景技術

透明微晶玻璃是指在均勻透明的玻璃中可控地析出納米尺寸的晶體的特種玻璃，可廣泛用作照明顯示和光纖激光器的增益材料。過去有關于上轉換發光的材料的研究中，大多數是以稀土離子摻雜晶體材料作為研究對象的。一般來說，晶體材料的制備較為困難，價格較為高昂，從而限制了稀土離子摻雜上轉換發光晶體材料的應用。稀土離子摻雜透明微晶玻璃既有一般氧化物玻璃的優良化學穩定性、機械強度和高的激光損傷閾值，又有高的上轉換效率，制備也較為容易，將會是上轉換發光材料的一個極有潛力的發展方向。

通過多光子機制把長波輻射轉換成短波輻射稱為上轉換。所謂的上轉換材料就是指受到光激發時，可以發射比激發波長短的熒光的材料。由此可見，上轉換發光的本質是一種反斯托克斯發光，因此也稱上轉換發光為反斯托克斯發光。早在1959年，就出現了上轉換發光的報道。用960nm的紅外光激發多晶ZnS，觀察到了525nm綠色發光。1962年，此種現象又在硒化物中得到了進一步的證實，紅外輻射轉換成可見光的效率達到了相當高的水平。1966年，Auzel在研究鎢酸鐿鈉玻璃時，意外發現當基質材料中摻入Yb³⁺離子時，Er³⁺、Ho³⁺和Tm³⁺離子在紅外光激發時，可見發光幾乎提高了兩個數量級，由此證實提出了“上轉換發光”的觀點。從此之后，上轉換發光材料的相關報道層出不窮，上轉換材料逐漸發展為重要的光譜轉換材料，以實現從紅外激光向可見光的高效轉換。到目前為止，上轉換發光材料在顯示照明、生物熒光標記、可見固體激光器、紅外量子計數器、以及太陽能電池等領域展現出了極大的應用潛力。目前，由于上轉換發光的材料種類繁多，主要有單晶、多晶以及玻璃材料。單晶材料發光性能優異，但是制備工藝復雜，無法實現大批量生產；多晶材料晶界處散射嚴重，透光性能較差；玻璃材料雖然透光性能良好，但是發光效率低下。微晶玻璃既具有玻璃良好的透光性能，又具有晶體較高的上轉換發光效率，制備簡單，具有較好的可加工性，是一種優異的上轉換發光材料，尤其適用于顯示照明、固體激光以及太陽能電池等領域。

Yb是比較特殊的稀土元素之一，其離子能級非常簡單，只有²F_7/2和²F_5/2兩個能級，所對應的能級躍遷為980nm。因此，摻Yb³⁺激光材料不存在激發態吸收，熒光效率高。同時，Yb³⁺的受激輻射具有抽運范圍寬、熒光壽命長并能與InGaAs半導體抽運光源有效耦合等特點，使Yb³⁺摻雜玻璃被認為是非常有潛力的大功率激光器材料。氧化物玻璃中Yb³⁺的受激發射首先是在低溫條件下觀察到的，20世紀90年代，人們實現了室溫下的Yb：YAG激光發射。目前，Yb：YAG的激光轉換效率高達50％，連續激光輸出功率高達346W。摻Yb³⁺激光玻璃在光纖激光、放大器等領域有著廣泛的應用，因而以各種玻璃為基質的固體激光器正在受到人們越來越廣泛的關注。