[发明专利]一种具有1-3微米超宽带发光的含铋晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超宽带发光材料，特别涉及一种具有1-3微米超宽带发光的含铋晶体及其制备方法。

背景技术

1-3微米激光在军事、医疗、光通信、环境监测等领域有着重要的应用。例如利用水的吸收，2微米激光可以用来切除前列腺等人体软组织或杀死癌细胞，水在这个波长的吸收系数约为100cm^-1。这个波段激光器所用增益介质主要是稀土掺杂的晶体或玻璃光纤。每一种稀土离子掺杂的晶体或光纤只能在很窄的光谱区工作，譬如铒离子激活的主要工作于1.5与2.7微米，铥离子激活的主要工作于2微米，钬离子激活的工作于2.1微米，镱离子激活的工作于1微米等。由于发光原理的限制，目前没有一种基于稀土离子掺杂的材料可以产生同时覆盖1-3微米光谱区的超宽带荧光。如果能够发明可1-3微米同时发光的材料，就可能用其作为增益材料，研发超宽带波长可调谐新型激光器，甚至超短脉冲激光器。

2004年，彭明营等人发明了铋掺杂锗基玻璃(授权中国发明专利ZL200410054216.2)，具有1-1.6微米的宽带发光。2005年，彭明营等人发明了铋团簇掺杂硅基玻璃(授权中国发明专利ZL 200510024483)，具有1-1.6微米的宽带发光，同年邱建荣等人发明了铋掺杂系列晶体(授权中国发明专利ZL 200510023597)，具有1-1.6微米的宽带发光。2009年，徐军等人发明了铋掺杂卤化物晶体(中国发明专利ZL 200910151679.3)，具有1-1.6微米的宽带发光，同年邱建备等人发明了铋掺杂磷硅酸基玻璃(中国发明专利ZL 200910094186.0)，具有类似的发光。但这些铋掺杂材料的近红外发光仍然不能完全覆盖1-3微米。

铋掺杂玻璃具有1-1.6微米的宽带发光，但铋在其中多种发光中心并存，这包括近红外发光与非近红外发光中心。铋非近红外发光中心的存在将会大大增加耗能过程，将这种玻璃深加工成光纤，玻璃光纤的损耗势必增加，不利于实现激光输出。目前尚没有合适的措施精确控制铋离子价态至近红外发光状态。铋掺杂晶体也具有1-1.6微米的宽带发光，其情形与铋掺杂玻璃类似，也无法解决非近红外发光中心共存问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种具有1-3微米超宽带发光的含铋晶体，仅具有一类铋发光中心，具有超宽带红外发光特性。本发明的另一目的在于提供上述具有1-3微米超宽带发光的含铋晶体的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种具有1-3微米超宽带发光的含铋晶体，含有Bi₅³⁺团簇离子的卤化物晶体。

所述含有Bi₅³⁺团簇离子的卤化物晶体为Bi₅(GaCl₄)₃、Bi₅(AlCl₄)₃、Bi₅(AsF₆)₃S₂O₄中的任意一种。

一种具有1-3微米超宽带发光的含铋晶体的制备方法，在无水无氧条件下采用熔体法制备Bi₅³⁺团簇离子的卤化物晶体。

所述Bi₅³⁺团簇离子的卤化物晶体为Bi₅(GaCl₄)₃。

所述Bi₅³⁺团簇离子的卤化物晶体为Bi₅(AlCl₄)₃。

所述Bi₅³⁺团簇离子的卤化物晶体为Bi₅(AsF₆)₃S₂O₄。

所述Bi₅(GaCl₄)₃按以下步骤制备：

(1)选取高纯铋粉、三氯化铋、三氯化镓、苯作为原料，原料之间摩尔比控制为高纯铋粉∶三氯化铋∶三氯化镓∶苯＝(0.01～20)∶(0～3)∶(1～100)∶(0～500)；