[发明专利]一种稀土掺杂硅酸盐玻璃及其制备方法和应用

说明书

一种稀土掺杂硅酸盐玻璃及其制备方法和应用，一种稀土掺杂硅酸盐玻璃，该玻璃由以下摩尔百分比的原料制备而成SiO2:50‑65mol％；B2O3:5‑15mol％；CaCO3:15‑30mol％；Na2CO3:3‑8mol％；R2O3:3‑8mol％；其中，R2O3为Bi2O3、Er2O3、Tm2O3中的一种或者几种。本发明克服了现有技术的不足，设计合理，采用氧化硼替代了现有技术中常用的氧化铝；由于硼元素和铝元素位于元素周期表中同一主族内，且氧化硼的光学碱度比氧化铝更低，氧化硼的熔点也远远低于氧化铝，从而在制备上有明显优势；并通过合理调整基质配方、多种离子共掺，并加大掺杂离子浓度，从而得到制备方法更加简单、发光效率良好的超宽带发光材料。

技术领域

本发明涉及光学玻璃技术领域，具体涉及一种稀土掺杂硅酸盐玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

目前，光纤通信技术以其具有传输容量大，抗电磁干扰强，保密性好和工作稳定性好等优点迅速成为现代社会主要的信息传输技术。而光信号在光纤传输过程中由于光纤自身的损耗和色散等原因，会造成光信号的衰减，这种衰减会严重影响光纤通信的远距离传输，而光纤放大器可以有效的补偿光信号在传输过程中的衰减，从而实现了光纤通信的远距离传输。1998年3月4目，三菱电线工业株式会社的藤本靖等人申请了题为“掺铋石英玻璃、光纤及光放大器制造方法”的专利(特许公开平11-29334)。他们利用铋交换的沸石作为分散介质，综合sol-gel方法和高温熔融法，制备了掺铋石英玻璃、拉制出相应的光纤、实现了0.81μm泵浦下的1.3μm处的光放大。这种玻璃的荧光峰值位于1130nm附近，最大的荧光半高宽为250nm，最大的荧光寿命为650μs，受激发射截面大约为1.0×10-20cm₂。2001年2月22日，藤本靖等人又申请了题为“光纤及光放大器”(特许公开2002-252397)，其基本的玻璃组成为：Al2O3-SiO2-Bi2O3，于1750℃下熔制，拉制出相应的光纤、实现了0.8μm泵浦下的1.3μm处的光放大。2001年，Fujimoto与Nakatsuka在Jpn.J.App.Phys.,40,(2001)L279一文报道了在1760℃高温下于空气下制备五价铋离子Bi5+掺杂的A12O3-SiO2玻璃，大量的气泡存在使得其在红外区的透过率降低至～30％左右，这在很大程度上限制了这种SiO2基玻璃的实际应用。浙江大学的邱建荣等连续申请了一系列题为“镱铋共掺的磷酸盐基光学玻璃及其制备方法”、“纳米铋团簇掺杂二氧化硅基光学玻璃及其制备方法”、“用于可调谐激光器和宽带放大器的铋离子掺杂晶体”、“掺铋锗基光学玻璃掺铋高硅氧近红外宽带发光玻璃的制备方法”、“铋镍共掺的透明硅酸盐微晶玻璃及其制备方法”(专利公开号200710044174.8，200510024483.X，200510023597.2，200410054216.2，200410054217.7，200710047760.8)关于铋掺杂玻璃作为光放大材料的专利。

而目前应用广泛的是C波段EDFA其工作窗口在1530～1565nm，具有光纤损耗最低，输出功率大、增益高、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率和数据格式无关，且同时放大多路波长信号等一系列的特性。其不足是C-Band EDFA的增益带宽只有35nm，仅覆盖石英单模光纤低损耗窗口的一部分，制约了光纤固有能够容纳的波长信道数；并且上述专利中他们利用镍等过渡金属离子或者镱稀土离子共掺的方式提高铋的红外发光强度，而通过采用锗酸盐以及磷酸盐体系来改善玻璃的熔制温度，通过微晶化提高玻璃的机械强度。然而，原有铋掺杂玻璃的红外发光强度与作为光纤放大器的稀土离子相比，相对较弱，不利于作为光放大器材料使用；而对玻璃进行微晶化虽然可以提高玻璃的强度，但是玻璃基质中形成的微晶容易造成光线在玻璃中的反射和折射，导致光传输效率降低，光放大效果减弱。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种稀土掺杂硅酸盐玻璃及其制备方法和应用，克服了现有技术的不足，通过合理调整基质配方、多种离子共掺，并加大掺杂离子浓度，从而得到制备方法更加简单、发光效率良好的超宽带发光材料。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：