[发明专利]一种具有中红外发光的掺铒碲锗酸盐玻璃微球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有中红外发光的掺铒碲锗酸盐玻璃微球，该玻璃微球是以TeO₂、GeO₂为主要组分，并掺有氧化铒及脱硝催化剂废料，其制备方法为：(1)将玻璃原料通过熔融法制备掺铒碲锗酸盐玻璃；(2)将玻璃进行拉制，拉成玻璃丝；(3)将玻璃丝进行保温处理，获得微球。本发明的玻璃微球光致折射率变化极小，光学稳定性好，偏心度＜1％，表面光洁度＜1nm。掺加脱硝催化剂的碲锗酸盐玻璃、拉丝温度低，制备工艺简单，成本很低，一次可制备大量尺寸均匀的高质量中红外发光微球，有望应用在中红外波段微球激光器领域。

技术领域

本发明涉及一种具有中红外发光的掺铒碲锗酸盐玻璃微球及其制备方法。

背景技术

光学玻璃微球是一种尺寸在微米或者亚微米量级的光学谐振腔，具有极高的腔品质因数和极小的模式体积，在极低阈值激光器、高灵敏度传感器、非线性光学及腔量子电动力学效应等领域应用前景广阔。目前国内外所报道的稀土掺杂有源玻璃微球，工作波段大多集中在可见及近红外波段。并且常用作制备高Q谐振腔的玻璃基质透光范围一般局限于2μm以内，无法用于中红外光学激光器等领域。中红外波段激光大气穿透能力强、保密性好、对人眼极为安全，中红外波段玻璃在有毒气体探测、精密光谱分析及高灵敏物理量探测等领域具有重要的科学和应用价值。

碲酸盐玻璃的折射率高，有望获得微腔极低模式体积，玻璃声子能量适中，稀土离子溶解度高，红外透过范围广，具有高的荧光量子效率和发射截面。但是碲酸盐玻璃热稳定性能、机械性能较差，阻碍了其发展。在碲酸盐玻璃中添加GeO₂替代一部分氧化碲作为玻璃形成体，形成碲锗酸盐玻璃，可以增强玻璃的热稳定性能和机械性能。但是二氧化锗引入后，会造成玻璃折射率降低。

目前用于光学微腔的玻璃微球的制备方法主要有玻璃粉料漂浮高温熔融法和激光加热光纤熔化法。前者可以一次性批量制备尺寸在一定数值区间分布的玻璃微球，但对炉膛加热区、炉内压力及收集微球系统的负压的设计需反复摸索与严格控制。后者获得的微球与光纤的顶端相连接，便于移动操作和定位，但每次只能制备一个微球，制备方法效率低，成本高，并且该方法激光产生的加热温度过高，容易引起纳米金刚石氧化及光学性能不稳定，不适用于纳米金刚石复合玻璃微球的制备。本发明的目的在于，提供一种掺铒碲锗酸盐玻璃微球的制备方法，解决中红外掺铒玻璃微球制备效率低和成本高的问题。

结合我国现有资源，充分利用及促进固体废弃物资源化再利用，本发明选择脱硝催化剂固体废弃物来合成金刚石碲锗酸盐复合玻璃微球。随着国家对火电厂氨氮大气污染物排放量的要求逐渐提高，脱硝催化剂的使用量逐渐加大，脱硝催化剂的主要成分为二氧化钛、三氧化钨、五氧化二钒等，占到总量的95％以上。大量使用后的脱硝催化剂成为废弃物，不仅占用大量空间，其内部钒等元素对机体及环境有害。

本发明所采用的脱硝催化剂废料可直接由电厂提供，是指生产过程中产生的催化效力降低的不合格的脱硝催化剂产品或中间产品，利用脱硝催化剂废料中残存的二氧化钛、三氧化钨、五氧化二钒等，结合使用在掺铒碲锗酸盐玻璃微球中，不仅充分利用了现有资源，同时也减少了固体废弃物带来的污染，并有效提高了玻璃的中红外发光性能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有中红外发光的掺铒碲锗酸盐玻璃微球的制备方法，解决中红外掺铒玻璃微球制备效率低和成本高的问题。

本发明具体的技术解决方案如下：

一种掺铒碲锗酸盐中红外玻璃微球的制备方法，包括以下步骤:

(1)将TeO₂、GeO₂、ZnO、BaF₂、La₂O₃、脱硝催化剂废料、Na₂O以及Er₂O₃共同作为玻璃原料，通过熔融法制备掺铒碲锗酸盐玻璃；

(2)将步骤(1)获得的复合玻璃进行拉制，拉成玻璃丝；