[發明專利]一種寬帶3.5微米發光的鐠鐿共摻氟鋁玻璃的制備方法

在審

• 申請號: 202010939149.1
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112028480A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 王鵬飛;王順賓;張集權;劉墨
• 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;C03B5/06;C03B19/02
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本發明一種寬帶3.5微米發光的鐠鐿共摻氟鋁玻璃的制備方法，將化學原料按照摩爾百分比進行稱重配制，然后充分研磨混合；將混合原料裝入坩堝中，并在手套箱中，經過930攝氏度的高溫爐熔化燒制；將熔化的液體倒入370攝氏度預熱的銅板模具中，保持3小時，然后緩慢冷卻至室溫，獲得不同濃度的鐠鐿共摻的氟鋁玻璃。本發明制備的玻璃，具有良好的抗潮解性；制備工藝簡單，可實現批量化生產；具有良好的光譜透過寬度和透過性能，在水分子吸收位置無明顯可見的透過率降低情況；具有寬帶3.5μm發光性能，用簡單可靠的976nm激光泵浦即可實現該發光；在實現高功率3.5μm光纖激光領域具有重要的應用前景。

技術領域

本發明屬于中紅外玻璃發光、中紅外光纖激光等領域，具體涉及一種寬帶3.5微米發光的鐠鐿共摻氟鋁玻璃的制備方法。

背景技術

3-5μm范圍的中紅外激光器因為處于大氣衰減的最小窗口而受到了國內國外的廣泛關注。有許多氣體和有機分子的吸收峰在該區域，保證了中紅外激光器在航天通信、大氣監測、光譜學、國防等領域的應用。目前，產生中紅外激光主要有兩種技術：第一種是基于非線性光學效應，包括光參量振蕩和差頻產生。這類激光器通常結構復雜，電光效率低，光參量振蕩器的晶體制備工藝復雜。第二種是通過量子阱半導體和過渡金屬摻雜的II-IV半導體等增益材料實現。基于這些材料的固體激光器已經被深入研究并實現商業化，但是他們也擁有其他技術缺陷,例如很難實現高功率和獲得良好的光束質量，在較高環境溫度中還會極大降低激光輸出效率。

與上述技術相比，中紅外稀土摻雜光纖激光器在光譜范圍、泵浦效率、穩定性和便攜性等方面具有顯著優勢。在中紅外激光器中應用最多光纖是ZBLAN(ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF))光纖，自1985年以來得到了廣泛的研究。ZBLAN光纖的應用已經涉及各個領域，并仍在不斷完善中。但ZBLAN光纖存在嚴重的潮解問題，限制了其在許多領域的應用。氟鋁玻璃和光纖是另一種用于可見光-近紅外-中紅外激光應用的氟化物材料，其結構和聲子能量與ZBLAN玻璃相似，但與ZBLAN相比，其耐濕性要好得多。2010年，在摻鏑的氟鋁光纖中實現了黃色可見激光。在2000中，發現摻釹的氟鋁光纖可用于1.3μm光纖放大器。2014年的研究發現鈥鐿共摻雜的氟鋁玻璃可以用于2.85μm的發光。此外在2019年研制的鈥鐠共摻雜氟鋁光纖激光器，也表明氟鋁玻璃在中紅外激光器領域具有很好的應用潛力。

目前大多數3.5μm中紅外光纖激光器都是使用摻鉺離子的光纖實現的，但由于鉺離子的能級特性，638nm激光器的泵浦效率較低，導致3.5μm激光器的發光效率較低。為了提高泵浦效率，通常采用976nm和1976nm雙波長泵浦作為泵浦源。2017年，覃治鵬等人實現了鉺摻雜ZBLAN光纖的3.52-3.68μm可調中紅外光纖激光器，通過加入黑磷飽和吸收鏡，利用雙波長泵浦的實驗裝置，也實現了在3.5μm波段的被動Q開關和鎖模脈沖激光。F.Jobin等人在2018年首次使用類似的雙波長泵浦實現增益切換光纖激光器。另一方面，單波長泵浦鉺離子的研究早在1992年就開始了，但由于染料激光器或半導體激光器的高成本和使用條件的限制，其研究進展緩慢。雖然人們通過理論分析找到了一些提高泵浦效率的方法，鉺離子摻雜的3.5μm光纖激光器仍然存在成本高、安裝復雜的問題。同時，F.Maes等也發現雙波長泵浦鉺離子摻雜光纖激光器由于鉺離子本身的激發態吸收而存在猝滅行為。

因此，基于上述的技術問題，我們首次提出在氟鋁材料中，共同摻入鐠鐿兩種稀土，在低廉的976nm激光二極管的泵浦下，即可實現了寬帶的3.5μm發光，具有較高的創新型和前沿性，核心技術將在本專利中向大家展示。同時，基于我們發明的一種寬帶3.5μm發光的鐠鐿共摻氟鋁玻璃的制備方法，對實現氟鋁材料的3.5μm中紅外激光具有一定程度的啟發作用。

發明內容

本發明的目的是解決玻璃材料中實現寬帶3.5μm中紅外發光的問題，通過選擇合適的玻璃材料與合適的稀土離子，得到上述良好性能的玻璃。