[发明专利]高掺铒无铅氟卤碲酸盐激光玻璃及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种高掺铒无铅氟卤碲酸盐玻璃及其制备方法和用途。

背景技术

由于铒在3μm波段所获得的激光与水的吸收峰接近，对人眼极为安全，覆盖许多有毒气体吸收带。因此，3μm波段掺铒激光材料在激光医疗、环境监控、大气检测、地球环境物理等领域也有着广泛的应用。在获得3μm波段全固态激光的几种方法中，掺铒玻璃及光纤由于具有全固态、可实现高功率输出，稳定性好，成本较低等优点，成为中红外固体激光器研发的重点。

为符合集成光学的要求，光纤激光器的尺寸要尽可能的小，所以激光工作物质需具有高的储能能力和有效吸收泵浦的能力。3μm波段掺铒激光玻璃所面临的主要问题是寻找声子能量低、物化性能良好并且能实现稀土离子高掺的基质材料。目前，仅在氟化物玻璃中获得3μm激光输出。从声子能量和稀土掺杂浓度两方面考虑，氟卤化物玻璃具有很大的优势，但其化学稳定性和机械强度较差，玻璃转变温度低（ΔT≤85°C），易发生热破坏现象等问题限制了其应用。而碲酸盐玻璃具有相对较低的声子能量和良好的玻璃稳定性。氟卤碲酸盐玻璃兼具了氟化物玻璃、卤化物玻璃、碲酸盐玻璃的优点，具有高的稀土离子溶解度和良好的物化性能。从环境角度和制备安全的角度考虑，无铅玻璃具有更为广泛的应用。因而掺铒无铅氟卤碲酸盐玻璃是一种新型的3μm光纤激光材料，在医疗军事、国防安全与国防建设等领域有广阔的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种氟卤碲酸盐玻璃，既具有较低的声子能量，较高的玻璃转变温度，良好的抗激光损伤能力，还具有良好的稀土离子溶解能力。高掺铒无铅氟卤碲酸盐玻璃，在980nm波长和800nm波长的激光二极管泵浦下能获得很强的3μm荧光，为3μm波段光纤激光器提供一种合适的基质材料。

本发明具体的技术解决方案如下：

一种高掺铒无铅氟卤碲酸盐玻璃，其特征在于，按摩尔百分含量计由如下组分制成：AlF₃20～35%，BaF₂20～35%，CaF₂10～20%，ZnBr₂、ZnCl₂或ZnI₂中任意一种或任意两种以上之和10～20%，TeO₂15～30%，YF₃或LaF₃或两者组合2～8%，ErF₃3～7%；各组分之和为100%。

一种上述的高掺铒无铅氟卤碲酸盐玻璃的制备方法，将各所述组分混合均匀形成混合料后放入坩埚中，并置于电炉中进行熔制得到熔融的玻璃液，在所述熔制的过程中始终通入高纯氧气以对玻璃液除水。

作为优选，将除水后的玻璃液经均化澄清，然后快速将所述玻璃液浇注到已经预热好的模具上，然后放入已升温至所述玻璃的玻璃化转变温度的马弗炉中，进行退火。

作为优选，进行所述熔制的温度为800-1000℃。

作为优选，进行所述熔制的时间为20-30分钟。

作为优选，所述模具的预热温度为370-390℃；玻璃液在所述马弗炉中的保温时间为2-3小时；进行所述退火时，先以9-11℃/小时的速度将所述马弗炉的温度降至80-100℃，然后关闭马弗炉，使马弗降温至室温。

一种权利要求1的高掺铒无铅氟卤碲酸盐激光玻璃的制备方法，包括如下步骤：

①将各所述组分混合均匀形成混合料后放入坩埚中，并置于800-1000℃的硅碳棒电炉中熔制20-30分钟得到熔融的玻璃液，熔制过程中始终通入高纯氧气以对玻璃液除水；

②将除水后的玻璃液经均化澄清，然后快速浇注到已预热至370-390℃的模具上，后再放入已升温至所述玻璃液的玻璃化转变温度的马弗炉中，保温2-3小时后，再以9-11℃/小时的速度将所述马弗炉降温至80-100℃，然后关闭马弗炉，使马弗降温至室温。

一种3μm激光玻璃的光纤预制棒，芯层采用上述的高掺铒无铅氟卤碲酸盐玻璃制成。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)通过含碲组分的引入，提高了氟卤化物玻璃的抗激光损伤能力。本发明的玻璃玻璃转变温度T_g均大于430℃，远大于氟化物玻璃体系的玻璃转变温度（T_g≤320°C），使氟卤碲酸盐玻璃达到了实用化的要求。

(2)铒离子在无铅氟卤碲酸盐玻璃中稀土掺杂浓度高，可以有效吸收泵浦的能量，有利于提高铒的发光效率。

(3)同时，本发明的高掺铒无铅氟卤碲酸盐玻璃制备安全简单，生产成本低。