[發明專利]一種具有高效寬帶的鉍銩共摻增益玻璃及其制備方法

有效

• 申請號: 202210093376.6
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114477764B
• 公開（公告）日: 2023-04-21
• 發明（設計）人: 周時鳳;陳海任;李學良;黃曉怡;張珂;邱建榮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C03C3/095
• 分類號: C03C3/095;C03C4/12;C03B19/06;H01S3/067
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

本發明屬于增益材料的技術領域，公開了一種具有高效寬帶的鉍銩共摻增益玻璃及其制備方法。所述增益玻璃主要由原料GeO₂，SiO₂，Bi₂O₃及Tm₂O₃制備而成；GeO₂與SiO₂的摩爾用量為GeO₂：10～40％，SiO₂：60～90％；Bi₂O₃的用量為GeO₂與SiO₂的總摩爾量的0.001～5％，Tm₂O₃的用量為GeO₂與SiO₂的總摩爾量的0.01～5％。所述方法為氣體懸浮爐法。本發明的增益玻璃具有1000～2000nm連續超寬帶發光，覆蓋了O、E、S、C、L和U波段。本發明的方法提高了玻璃材料的發光強度。本發明的鉍銩共摻增益玻璃材料用作增益介質用于光纖放大器和激光器領域。

技術領域

本發明屬于光纖放大器增益材料的技術領域，具體涉及一種具有高效寬帶的鉍銩共摻增益玻璃及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著大數據、云計算等技術的廣泛應用，光纖通信網絡的傳輸能力亟待提升。光纖放大器是用于放大光信號的光纖器件，它是光纖通信系統長距離傳輸中不可或缺的一環。傳統的光纖通信系統主要使用C～L波段，是由于Er³⁺摻雜光纖放大器在C+L波段展現了穩定的增益效果。而整個光纖通信的低損耗窗口還有大量沒有得到運用，是因為沒有高效的光纖放大器。稀土元素本身受其外層的5s、5p電子屏蔽的特性，導致稀土摻雜光纖放大器增益帶寬較窄，很難滿足日益增長的信息量的需求。因此開發具有寬帶發光的光纖放大器增益材料是將光通信波段拓寬的重要環節。

鉍摻雜的玻璃材料在近紅外波段展現了超寬帶的發射，同時具有長壽命、寬吸收及發射截面的特性，彌補了稀土材料帶寬較窄的缺陷。銩離子能級豐富，存在滿足多波段光放大的躍遷³H₄→³F₄和³F₄→³H₆。通過鉍銩共摻的策略可以使玻璃的發射1000～2000nm近紅外寬帶發光，覆蓋O、E、S、C、L和U波段。鉍離子摻雜玻璃發光范圍一般在1000～1600nm，銩離子摻雜玻璃的發光波段范圍在1600～2000nm，理論上鉍銩共摻能實現1000～2000nm的超寬帶發光，但在鉍銩共摻玻璃中鉍離子與銩離子之間存在復雜的能量傳遞問題，使得鉍離子的發光減弱，不能實現1000～2000nm的連續發光。如硅鋁酸鹽玻璃其發光在1500～1600nm發光強度降低(參考文章：[1]Hau?T?M,Wang?R,Zhou?D,et?al.Infrared?broadbandemission?of?bismuth-thulium?co-doped?lanthanum-aluminum-silica?glasses[J].Journal?of?Luminescence,2012,132(6):1353-1356.http://doi.org/10.1016/j.jlumin.2011.12.070)，鍺鋁鋇酸鹽玻璃其發光在1000～1200nm發光降低(參考文章：[2]Liu?C,Zhuang?Y,Han?J,et?al.Enhanced～1.8μm?photoluminescence?under?blue?lightexcitation?in?Tm-Bi?co-doped?germanate?glass?and?its?temperature?dependence[J].Journal?of?Non-Crystalline?Solids,2019,525:119645.http://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.119645)和鍺鋁鎂酸鹽玻璃其發光在1500～1600nm波段發光降低(參考文章：[3]Li?Y,Ma?Z,Sharafudeen?K,Dong?G?and?Qiu?J,Bidirectional?energytransfer?in?Bi-Tm-codoped?glasses[J].Int?JAppl?Glass?Sci,2014,5:26-30.https://doi.org/10.1111/ijag.12056.)。