[发明专利]铬镍共掺的透明硅酸盐微晶玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学玻璃，特别是一种铬镍共掺的透明硅酸盐微晶玻璃及其制备方法，该微晶玻璃用532nm的光源进行泵浦时能够产生比单一镍掺杂的该透明微晶玻璃更强的近红外通讯波段荧光，具有宽的增益带宽，适合作为宽带光放大器和/或激光器的增益介质。

背景技术

近年来，随着计算机网络及其它新的数据传输服务的飞速发展，长距离光纤传输系统对通信容量的需求急剧膨胀。如何进一步提高现有光纤传输系统的通信容量，以满足这种日益膨胀的需求，已成为光通信领域研究的热点。目前已广泛认为增加光纤传输系统中光纤放大器的增益带宽和平坦性是增加光纤传输容量的最有效的方法。然而，现在实用的掺铒光纤放大器的增益带宽很难再得到拓宽，这是因为稀土离子4f-4f光跃迁的带宽本质上是狭窄的，所以由一种稀土离子掺杂而引起的光放大器带宽的扩展是有限的。同样的问题也发生在铥，镨，钐等稀土离子身上。光纤喇曼放大器(FRAs)能够实现大范围内的宽带放大，但它需要多波段的泵浦并且增益效率低，而且宽带光纤喇曼放大器的结构复杂，需要特大功率的泵浦激光器，能量消耗大。因此，如果能够研制出一种具有高增益和覆盖整个通讯窗口的超宽带光放大器，那么就有可能仅用一个光放大器实现整个通讯窗口的光信号同时得到放大，这将引起光通信领域飞跃性的进步，促进光通信向全光通信网络发展。

过渡族金属离子长期以来一直作为晶体材料的激活离子，它们能够在近红外区域实现较大带宽的发光(源于过渡金属离子的d-d跃迁，其对周围晶场环境比较敏感，因而在适当的基质中能够产生宽的荧光发射)，使得以过渡族金属离子为掺杂的宽带可调激光器得以实现，如钛掺杂蓝宝石(Ti³⁺:Al₂O₃)可在715～1060nm范围内实现准连续激光输出；再如铬(以下简称Cr)掺杂晶体发光材料，Cr⁴⁺:YAG晶体可在1340～1600nm较长的波长范围内实现光学增益，而Cr⁴⁺:Mg₂SiO₄则可在1167～1345nm范围内实现可调谐激光输出。然而，由于Cr易于形成多个价态(Cr²⁺，Cr³⁺，Cr⁴⁺，Cr⁵⁺和Cr⁶⁺)，因此严格的价态控制是必需的。过渡族金属Ni几乎在所有的基质材料中都表现为正二价态，而且Ni²⁺非常稳定，因此在Ni掺杂的发光材料中不需要控制其价态就能够很容易获得Ni²⁺。正是由于以上特点掺Ni晶体发光材料受到了人们极大的关注，譬如，已经知道Ni²⁺:MgO晶体大约在1.3μm处表现出宽带发光，而且已经实现了激光输出，但是Ni掺杂晶体很难拉制成光纤。Ni掺杂玻璃在室温下只有很弱的红外发光，甚至没有发光，这是因为在非晶态环境里，Ni的无辐射跃迁过程占据主导地位。透明微晶玻璃可望成为Ni的载体，它可以象玻璃那样易于制成各种形状，同时其中的纳米晶可作为Ni²⁺离子的激活体，从而实现Ni掺杂晶体中具有高的量子效率和长寿命的宽带红外发光。