[发明专利]具有3.75μm中红外发光的氟氧化物硅酸盐稀土掺杂玻璃及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种具有3.75μm中红外发光的氟氧化物硅酸盐稀土掺杂玻璃，包含有50～55mol％摩尔百分数的SiO₂；44.5～49.5mol％摩尔百分数的PbF₂；大于0，小于或者等于0.6mol％摩尔百分数的TmF₃；或还包含有大于0，小于或者等于1.2mol％摩尔百分数的YbF₃。本发明以SiO₂‑PbF₂作为基体材料，TmF₃或TmF₃和YbF₃作为功能物质，可以得到中红外3.75μm波段的中红外发光。

技术领域

本发明涉及中红外发光玻璃技术领域，具体涉及一种具有3.75μm中红外发光的氟氧化物硅酸盐稀土掺杂玻璃及其制备和应用。

背景技术

中红外光源在军事和民用领域已得到广泛应用，如激光制导、红外遥感、有毒气体探测、医疗手术等。稀土掺杂的发光玻璃具有透明度高、稳定性好、成本低的特点，因此备受人们的关注。

现有技术也报导了一些稀土掺杂玻璃发光相关的技术，如一篇名为《掺稀土多组分锗酸盐和碲酸盐玻璃光纤2.0-3.0μm中红外高效发光》的文章中，实验者研究了氟锗酸盐和钡碲酸盐玻璃光纤中的2.0-3.0μm中红外高效发光，文中提到利用过渡金属的宽带吸收来进行敏化泵浦，这种新的敏化泵浦方式可以为稀土离子提供一种具有选择性的多波长泵浦机制，以氟锗酸盐玻璃作为基质材料，在808nmLD泵浦下通过Cr³⁺离子敏化获得了增强的Tm³⁺离子1.8μm发光。另外，Cr³⁺从可见到近红外区域强而宽的吸收带为Tm³⁺离子提供了一种具有选择性的多波长泵浦机制。进一步研究发现，随着Tm³⁺离子浓度不断增加，能量传递效率可以达到很高，使得该实验成果所得的Cr³⁺/Tm³⁺共掺氟锗酸盐玻璃基质材料有望应用在中红外光纤激光器和放大器。但该篇文章的局限在于，所研究的中红外发光止步于3μm。再如，宁波大学的一篇名为《Tm³⁺离子掺杂Ge-Ga-S-CsI硫卤玻璃近红外及中红外发光特性研究》的文章中，以Tm³⁺掺杂的硫系玻璃得到3.8μm中红外发射光谱，文章采用了熔融急冷法制备了系列不同Tm³⁺掺杂浓度的72GeS₂-12Ga₂S₃-10CsI硫卤玻璃。实验将所选取的组分充分混合后装入内表面清洗并烘干的石英试管，然后采用德国莱宝PT50型真空泵对石英管进行预加热至100℃以除去原料中的水，当真空度达到1.0×10^-3Pa以上时用氢氧焰封接熔断，再放入摇摆炉中升温至1000℃后熔制12h，最后将取出并水中淬冷后的样品放入退火炉中缓慢退火至室温，最终才得到所需的样品。该方法得到的中红外发射光谱不仅强度非常低，很难实现激光输出，而且制备过程需要在真空中进行，对于温度和压强的控制要求很高，制备工艺十分苛刻、复杂，成品率也比较低。此外，硫化物玻璃具有共价键强、离子键小等特点，稀土离子很难进入致密的硫系玻璃网络结构中，大多数硫系玻璃只能溶解浓度很小的稀土离子。此外，硫系玻璃基质的声子能量较高，不利于中红外光的产生；采用硫化物作为基质，在制备过程中会产生许多SO₂有毒气体，对环境造成污染，很难投入生产实践中去。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种具有3.75μm中红外发光的氟氧化物硅酸盐稀土掺杂玻璃，以SiO₂-PbF₂作为基体材料，TmF₃或TmF₃和YbF₃作为功能物质，可以得到中红外3.75μm波段的发光。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有3.75μm中红外发光的氟氧化物硅酸盐稀土掺杂玻璃，包含以下摩尔百分数的组份：