[发明专利]一种中红外发光硫卤玻璃及其制备技术

说明书

技术领域

本发明涉及光学材料领域，尤其涉及一种2.7微米中红外发光硫卤玻璃及其制备技术。

技术背景

Er³⁺:⁴I_11/2→⁴I_13/2中红外发光波段与水分子的最大吸收峰位置一致，是激光医学中最重要的波段，在近数十年内一直受到人们的广泛关注。生物细胞组织中，水分的含量至少占70％，而激光对人体的作用无论是通过光化学效应使组织分子断裂，还是通过热效应使组织汽化切割细胞，都要求组织细胞能充分吸收激光能量。商品化的YAG:Er³⁺激光器已被广泛应用于牙科手术、口腔外科手术、激光美容等领域。研究证明，该波段的中红外激光对组织细胞穿透深度浅，对肌体的热损伤和机械损伤小。为了获得较强的Er³⁺:⁴I_11/2→⁴I_13/2激光发射，一般需要满足以下几个条件：具有合适声子能量的基体材料、具有较大吸收截面的敏化离子，以及Er³⁺:⁴I_13/2能级能有效退布居以实现粒子数反转。

目前，人们已在不同的基体材料中研究了Er³⁺:⁴I_11/2→⁴I_13/2的中红外发光。例如，在铝酸钙玻璃和氟化物玻璃中分别实现了Yb³⁺敏化增强的Er³⁺中红外发光；在碲酸盐玻璃中实现了Nd³⁺敏化增强的Er³⁺中红外发光。值得注意的是，这些具有高声子能量的玻璃基体将使Er³⁺:⁴I_11/2能级通过无辐射弛豫的方式退布居，从而大大降低其中红外发光效率。镓基的硫族玻璃具有很低的声子能量(250cm^-1-400cm^-1)、良好的中红外波段透明性以及较高的稀土离子固溶度，因而是实现Er³⁺中红外发光的理想基体材料。当卤族元素被引入玻璃组分中，它将进入玻璃网络结构，使稀土离子的局域配位环境从[GaS₄]四面体向[GaS_3/2X]^-(X＝Cl，Br，I)四面体转变。由于[GaS_3/2X]^-基团具有更低的声子能量，稀土离子的中红外发光效率有望获得大幅度提升。本发明采用熔体急冷法制备Nd³⁺/Er³⁺共掺的Ga₂S₃-GeS₂-CsCl透明硫卤玻璃。在该材料中，Nd³⁺离子能有效地通过Nd³⁺:⁴F_3/2能级向Er³⁺:⁴I_11/2能级传递能量，从而促进Er³⁺:⁴I_11/2→⁴I_13/2的中红外发光。

发明内容

本发明提出一种2.7微米中红外发光硫卤玻璃及其制备技术，目的在于制备出具有良好机械、热学和光学性能、在激光医学领域具有重要应用前景的新型硫卤玻璃材料。

本发明的硫卤玻璃组分和摩尔百分含量如下：

GeS₂：50-70mol％；Ga₂S₃：15-35mol％；CsCl：5-15mol％；Er₂S₃：0.1-0.5mol％；Nd₂S₃：0-0.15mol％(上述各组分含量之和为100mol％)。

本发明的技术方案如下：