[发明专利]近红外宽带发光铒铥共掺铋酸盐激光玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光玻璃，特别是一种近红外宽带发光铒铥共掺铋酸盐激光玻璃及其制备方法。

背景技术

近年来，随着光线通信技术和信息通道技术的迅猛发展，作为波分复用技术（WDM）关键器件的铒离子掺杂硅酸盐玻璃光纤放大器（EDFA）的信道带宽日益显示出局限性。扩展现有的EDFA的频谱范围，选择合适的发光基质材料成为稀土荧光发展的一个重要方向。现有的EDFA的工作波长区间为1530~1600 nm（C+L波段）。通过向铒单掺玻璃中引入铥离子的方法可以将波长范围增宽至1440-1600nm（S+C+L波段）。其原理归功于铥离子的Tm³⁺:³H₄→³F₄能级跃迁和铒离子的Er³⁺: ⁴I_13/2→⁴I_15/2能级跃迁共同作用。

选择合适的掺杂基质玻璃组分有助于实现更强更宽近红外发光。2003年，H. Jeong等在硅酸盐玻璃光纤中用980nm的激光二极管泵浦下实现了90nm的带宽。但由于硅酸盐玻璃较高的声子能量，没有更宽的辐射光谱在硅酸盐玻璃中报道出来。研究的重点转向了具有较低声子能量和较高折射率的重金属氧化物玻璃上来。2004年，L. Huang等报道了在铒铥共掺碲酸盐光纤中获得了134nm的带宽。2011年，R. Xu等在锗酸盐玻璃中获得了138nm的辐射带宽。更宽的辐射光谱曾在硫化物中被报道过，但硫化物对比氧化物玻璃具有机械性质较差和制备工艺繁琐等条件，限制了其应用前景。

铋酸盐玻璃是一种合适的材料，它不但具有同硫化物相近的声子能量，又综合了氧化物玻璃物理化学性质均匀，机械强度高，刚度好等优点。而且它还兼具了重金属氧化物玻璃的折射率高等优点，是一种理想的宽带发光基质材料。但是国内外却少有关于铋酸盐玻璃宽带发光的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种近红外宽带发光铒铥共掺铋酸盐激光玻璃及其制备方法，该玻璃具有优良的热稳定性，较低的声子能量和较高的折射率，在800nm波长的激光二极管泵浦下能获得宽度165nm左右的宽带辐射。

本发明具体的技术解决方案如下：

一种近红外宽带发光铒铥共掺铋酸盐激光玻璃，其特点在于该玻璃的摩尔百分比组成为：

组分                           mol%  

Bi₂O₃                          53.6~59.8  

B₂O₃                           10~20

SiO₂                           10~20 

Ga₂O₃                          10~20

Tm₂O₃                         0.8~1.2

Er₂O₃                                       0.2~0.6。

上述的近红外宽带发光铋酸盐激光玻璃的制备方法，包括下列步骤：

①选定所述玻璃的组成和摩尔百分比，计算并称量出各原料组成的质量，充分研磨，混合均匀；

②将研磨好的混合料放入刚玉坩埚中置于温度为1050~1100℃硅碳棒电炉中进行熔制，在熔制的过程中通入氧气提供氧化气氛，熔化时间为40min，待原料完全熔融澄清后浇注在预热的模具上；

③待玻璃变硬后迅速将其送入到事先已升至该玻璃转变温度附近的马弗炉中退火，在转变温度附近保温3~4小时，然后以10℃/小时的速率降温至室温，待完全冷却后取出样品；

本发明的技术效果如下：

本发明通过进行Er/Tm多种配比稀土离子掺杂，获得了一系列浓度配比的铋酸盐玻璃。玻璃呈亮黄色，透明，无析晶，物理化学性质均匀，热稳定参数?T≥160℃，声子能量低。在800nm波长的激光二极管泵浦下，获得了宽度为165nm的辐射带宽，覆盖S+C+L波段。