[发明专利]一种氟碲酸盐玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种玻璃及其制备方法，属于光学材料领域，具体涉及一种氟碲酸盐玻璃及其制备方法。

背景技术

2～5μm波段位于大气透明窗口波段，在大气中具有较强的穿透能力，而且它也覆盖了众多原子与分子的吸收峰并且处于大多数军用探测器的工作波段，所以该波段激光在大气通讯、激光雷达、激光测距、光电对抗及医疗领域内都有重要的应用价值和前景。目前利用2～5um波的中红外激光技术已成为国内外广泛研究的热点。

中红外光纤激光器按其工作原理不同，可分为稀土离子掺杂光纤激光器和基于非线性效应的拉曼光纤激光器。由于受稀土离子的跃迁能级的限制，稀土掺杂光纤激光器中输出的激光波长被局限在某几个特殊波段。而相比之下，拉曼光纤激光器具有非常灵活的增益谱区、更大的增益带宽、更好好的温度稳定性以及低的自发辐射噪声等优点。

理想的拉曼光纤材料应该具备以下基本条件：(1)高的拉曼增益系数；(2)从泵浦光至发射光的整个波段具有良好的透过率。

当前中红外拉曼光纤激光器的增益介质主要以锗硅光纤、磷硅光纤、石英光纤等材料为主，然而，它们的拉曼增益普遍较低，并且由于它们声子能量较高，很难产生2um以上波长的有效受激拉曼效应，因此它们都不是理想的中红外拉曼光纤材料。

碲酸盐玻璃(TeO₂-BaO-ZnO)因其具有高的拉曼增益系数(拉曼增益系数是石英玻璃的30–50倍)、较宽的透过窗口、较低的声子能量而被认为是替代现有的锗硅光纤、磷硅光纤和石英光纤等的较佳选择。

然而，目前应用碲酸盐玻璃光纤作为增益介质实现中红外波段拉曼激光输出尚未见报道，关键瓶颈在于碲酸盐玻璃中存在大量的OH^-基团，导致光纤在2.7um波段以后损耗急剧增加，大大减小了光的透过率，因此无法实际应用。因此寻求一种拉曼增益系数高、透过率好的中红外拉曼光纤材料成为了近年来国内一项重要的科研题目。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种氟碲酸盐玻璃及其制备方法，用于制备拉曼光纤材料，解决了现有的碲酸盐玻璃在中红外波段的透过率偏低的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种氟碲酸盐玻璃，其特殊之处在于：所述氟碲酸盐玻璃的组分及含量如下：55～65mol％的TeO₂、15～25mol％的BaO、12～19mol％的ZnO以及2～9mol％的ZnF₂。

进一步地，氟碲酸盐玻璃的组分及含量如下：57～62mol％的TeO₂、18～22mol％的BaO、14～18mol％的ZnO以及4～8mol％的ZnF₂。

为进一步使得该氟碲酸盐玻璃综合性能更佳，其更优选的组分及含量如下：58mol％的TeO₂、22mol％的BaO、13mol％的ZnO以及7mol％的ZnF₂。

本发明的技术方案还提供了一种用于制备上述氟碲酸盐玻璃的方法，其特殊之处在于：所述方法包括如下步骤：

1)按照组成及配比准确称量原料，并将原料混合均匀；

2)将步骤1)所获得的原料混合物进行物理干燥处理；

3)将物理干燥处理后的原料混合物进行熔制；

4)将熔制后的玻璃液退火，得到氟碲酸盐玻璃。

进一步地，上述步骤2)的具体步骤为：

2.1)将原料充分混合均匀后放入高纯石英管中，将石英管连接到分子泵抽真空，同时对石英管油浴加热到200℃并持续4小时进行真空干燥；

2.2)将步骤2.1)得到的高纯石英管中的原料快速倒入置于超干燥高纯氧气气氛和正高压条件下的黄金坩埚中，并升温至350℃进行干燥。

进一步地，上述油浴加热时的真空环境条件为：0.5～1Pa；所述超干燥高纯氧气的条件为：纯度≥4N以及水含量≤1.5ppm，正高压条件为：4～10kPa(即高于标准大气压4～10kPa)。

进一步地，上述步骤3)的具体步骤为：继续阶梯升温至870℃，熔制时间不少于4小时，熔制过程一直在高纯氧(氧气纯度≥4N)、正高压4～10kPa的条件下进行。

进一步地，上述步骤4)的具体步骤为：将熔制好的玻璃液倒入到204℃预热好的模具上，然后快速放入退火炉中，保温6～8小时，最后缓慢降温至室温，得到氟碲酸盐玻璃。

进一步地，上述模具是铜模具，所述退火炉先预热至300～350℃，退火后的降温按1℃/min降至室温。