[發(fā)明專利]抗光子暗化的硅酸鹽玻璃、制備方法及單包層光纖制備

有效

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• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113800761B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫焰;王欣;胡麗麗;陳樹彬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: C03B37/012
• 分類號: C03B37/012;C03C13/04
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種抗光子暗化的硅酸鹽玻璃及其單包層光纖的制備方法。該方法通過向Pr³⁺摻雜硅酸鹽玻璃中引入一定量的鈰變價離子，來抑制由488nm激光持續(xù)激發(fā)誘導(dǎo)的光子暗化。本發(fā)明硅酸鹽玻璃的摩爾成分為：70～80mol％的SiO₂，0～1mol％的Al₂O₃，0.1～5mol％的CaO，0.1～10mol％的Na₂O，0.1～20mol％的K₂O，0.1～20mol％的B₂O₃，0.1～3mol％的Pr₂O₃，0.1～3mol％的CeO₂。本發(fā)明采用鉑金坩堝制備玻璃液體，再將玻璃在預(yù)熱的模具中冷卻，然后放入馬弗爐中退火。通過向Pr³⁺摻雜硅酸鹽玻璃中引入一定量的鈰變價離子后，X射線輻照和488nm激光輻照誘導(dǎo)的光子暗化現(xiàn)象被大幅抑制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及稀土摻雜的可見激光玻璃光纖，特別是一種抗光子暗化的硅酸鹽玻璃及其單包層光纖的制備方法。

技術(shù)背景

摻Pr³⁺增益光纖中獲得的可見激光，在顯示技術(shù)、遙感探測、傳感、超快激光光源、國防等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。氟化物玻璃因具有較低的聲子能量，而被廣泛用于摻Pr³⁺增益基質(zhì)，并獲得可見激光輸出，最高輸出功率高達646mW。然而，氟化物玻璃的物理化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、機械強度差、成本高、制備難度大等缺點限制了其進一步的應(yīng)用。

相反，氧化物玻璃具有制備工藝成熟、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、機械強度高等優(yōu)勢，是一種優(yōu)良的增益材料基質(zhì)。但是，在可見激光領(lǐng)域，Pr³⁺摻雜氧化物玻璃光纖至今未實現(xiàn)可見光波段的激光輸出。主要原因是光子暗化效應(yīng)。Pr³⁺離子在氧化物玻璃中4f5d能級較低，在藍光的持續(xù)激發(fā)下，Pr³⁺離子連續(xù)吸收兩個光子到達4f5d能級，進一步失去電子，導(dǎo)致光子暗化。

因此，如何抑制和解決Pr³⁺摻雜氧化物玻璃中的光子暗化問題成為國內(nèi)外學(xué)者們的研究熱點。同時，硅酸鹽玻璃因具有機械強度高、物化性質(zhì)穩(wěn)定、局域晶體場強大等優(yōu)勢，而成為熱門的氧化物玻璃基質(zhì)。眾所周知，鈰等變價離子具有強烈的紫外吸收，具有與Pr³⁺離子發(fā)生能量傳遞的能力，從而能夠抑制光子暗化。

本發(fā)明提出一種在硅酸鹽玻璃中，通過引入鈰變價離子，抑制Pr³⁺離子在玻璃及光纖中的光子暗化，并提供制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種抗光子暗化的硅酸鹽光纖芯棒及其制備方法，該玻璃具有成本低、光學(xué)均勻性好、制備工藝成熟等優(yōu)勢，可用于可見激光玻璃光纖領(lǐng)域。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：

一種抗光子暗化的硅酸鹽玻璃，該玻璃是摻雜稀土激活離子和變價元素的硅酸鹽玻璃，所述的激活離子為鐠離子，變價離子為鈰離子該玻璃原料的摩爾百分比如下：

其中，Na₂O和K₂O分別由Na₂CO₃和K₂CO₃引入。

制備上述抗光子暗化的硅酸鹽玻璃的方法，該方法包括以下步驟：

①根據(jù)上述抗光子暗化的硅酸鹽玻璃的組成及摩爾百分比選定所述的含有稀土激活離子和變價元素的硅酸鹽玻璃的組成及摩爾百分比，計算并稱量原料，置入瑪瑙研缽中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨時間為10～30min；

②將所述的混合粉料置于鉑金坩堝中，并將該鉑金坩堝放入熔爐中熔融得到玻璃液，所述的熔融溫度為1400～1500℃，所述的熔融時間為1～3h；