[发明专利]掺镱磷锗氟激光玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光玻璃，特别是一种具有优良成玻璃性能的高截面高荧光寿命掺镱磷锗氟激光玻璃及其制备方法。

背景技术

掺镱激光玻璃是高功率激光及光纤最重要的增益介质之一。Yb³⁺激光材料的强吸收峰(976nm)恰好位于廉价的InGaAs激光二极管泵浦波长(0.9-1.1μm)范围内，两者能有效耦合，可以极大地提高泵浦效率和放大器及激光器的量子效率。由于Yb³⁺离子掺杂浓度可以很高，增益介质能够做成较薄的厚度，从而使热源与冷却体间距减小，热流沿轴向，在高的泵浦功率密度下，材料中的温度变化也很小，大大降低了增益介质中的热应力和热畸变，因而掺镱激光材料对激光技术的发展具有深远的意义，是理想的核聚变快点火激光驱动器增益介质

在高功率掺镱激光玻璃的研究上所面临的问题是玻璃系统的选择，因为具有较大Yb³⁺离子下能级Stark分裂的氧化物玻璃基质，如硅酸盐、锗酸盐、铋酸盐和碲酸盐，皆具有或者Yb³⁺掺杂浓度低，或者荧光寿命低，或二者兼而有之的缺点；而掺镱磷酸盐玻璃虽然具有长寿命和高截面，但Yb³⁺离子在其中的Stark分裂很小，激光运行时产生严重的热效应，极大地限制了Yb³⁺离子的激光输出性能。氟磷酸盐玻璃被证明是较好的Yb³⁺激光增益介质，具有高Yb³⁺掺杂能力、高储能、宽带宽特性，使得块体掺镱氟磷玻璃可以实现很高的峰值功率输出。作为世界上唯一的LD泵浦高功率激光装置，法国Polaris的各级放大系统中使用的增益介质皆为直径12～70mm，厚度6.5～13mm的掺镱氟磷玻璃。目前其稳定运行下的激光输出为脉宽<150fs，能量12J，峰值功率几十TW，在科学实验、激光加工、焊接、检测等十数个方向上有重要应用。

由于高发射截面可以显著的提高激光的输出功率，因此，提高Yb³⁺在玻璃中的发射截面是十分有价值的研究。目前所报道的掺镱激光氟磷玻璃的发射截面普遍较低，通常低于0.75×10^-20cm²，同时玻璃的转变温度也较低，在激光运行时抗热冲击性能差。所以，具有高发射截面和高转变温度性质的掺镱激光玻璃是优秀的掺镱激光玻璃材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺镱磷锗氟激光玻璃及其制备方法，该玻璃的特性是具有高发射截面和高荧光寿命、适合于大尺寸制备的优良的成玻璃性能和良好的析晶稳定性能。

本发明的技术解决方案如下：

一种掺镱磷锗氟激光玻璃，其特点在于该玻璃主要由磷酸盐和锗酸盐两种网络生成体、各类氟化物及少量氧化物组成，该玻璃的阳离子及其摩尔百分组成为：P⁵⁺：25.0-30.0，Al³⁺：17.5-23.0，Mg²⁺：3.0-8.0，Ca²⁺:11.0-16.0，Sr²⁺:11.0-15.0，Ba²⁺:5.5-12.0，Li⁺:0-11.0，Ge⁴⁺:3.0-4.0，Yb³⁺:3.0。

所述的掺镱氟磷玻璃的制备方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

1)配合料的称量及干燥：

首先以Al(PO₃)₃，Ba(PO₃)₃,Sr(H₂PO₄)₂，GeO₂,Al(OH)₃,MgF₂，CaF₂，SrF₂，BaF₂，LiF，YbF₃作为原料，根据掺镱磷锗氟玻璃组成所述的阳离子的摩尔百分比选定引入离子的原料。将配合料充分搅拌均匀后放入110℃的真空干燥箱中干燥24小时。

2)气氛保护下掺镱磷锗氟玻璃的熔制：