[发明专利]具有宽带中红外发光特性的重金属氧化物玻璃及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有宽带中红外发光特性的重金属氧化物玻璃，所述重金属氧化物玻璃的基质摩尔组成按化学式表示为：xPbO‑(57‑x)PbF₂‑25Bi₂O₃‑18Ga₂O₃，其中x＝37～57，并掺杂浓度为1mol％的Er³⁺离子。其制备方法包括步骤：将高纯原料按摩尔百分比计算出质量比后称量，经研磨搅拌，使各种原料充分混合；将混合均匀的原料装入铂金坩埚中加热；将熔融玻璃倒在250～350℃预热的铜板上，置于退火炉中退火。本发明制备的PBG玻璃具有高透明度、高发光强度、高稳定性等特性，制备工艺简单，可实现大批量生产；此外，由于其优异的热稳定性和可加工性，在光纤激光器领域也有重要的应用。

技术领域

本发明涉及发光材料及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种具有宽带中红外发光特性的重金属氧化物玻璃及制备方法。

背景技术

中红外(2.5～25μm)激光在很多领域都有重要应用。以2.7μm激光为例，由于其发光峰位与水的吸收峰有部分重叠，因此可以用于医疗微创手术领域；此外，很多气体在3μm附近有着较强的吸收峰，因此也可用于气体传感及检测领域。由于Er³⁺离子有丰富的能级分布，可作为各种不同基质中产生不同波段的红外激光的有力选择，如1.55μm、2.7μm等。此外，Er³⁺离子有着可与980nm商用激光器相匹配的能级，从而保证了其大规模使用的可能性。

随着光通讯和激光器的发展，客观上需求较小尺寸的激光器和较高功率的输出，因此对工作物质的物理性质及光学增益特性提出了很高的要求。对于玻璃类的增益介质，较高的折射率即意味着较高的增益特性，从而可以有效缩小激光器的尺寸。1992年，Dambaugh等人首次提出以重金属氧化物为主要成分制备的玻璃，可以在保证甚至提高其热稳定性及化学稳定性的同时，提高玻璃产物的折射率。此外，此类玻璃相比于常见的氟化物玻璃由于声子能量较低，中红外波段激光的发光强度有明显提升。因此，重金属氧化物玻璃由于其声子能量低、折射率较高、透过窗口较大等特性成为中红外波段激光工作物质的有力选择之一。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有宽带中红外发光特性的重金属氧化物玻璃及制备方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种相对于其他常见氟化物玻璃具有更大带宽中红外发光特性的重金属氧化物玻璃及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有宽带中红外发光特性的重金属氧化物玻璃，所述重金属氧化物玻璃的基质摩尔组成按化学式表示为：xPbO-(57-x)PbF₂-25Bi₂O₃-18Ga₂O₃，其中x＝37～57，以上各组成摩尔百分比之和为100％，并掺杂浓度为1mol％的Er³⁺离子。

进一步地，所述Er³⁺离子以Er₂O₃形式外掺引入。

本发明还提供了一种具有宽带中红外发光特性的重金属氧化物玻璃的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1、将高纯原料按摩尔百分比计算出质量比后称量，经研磨搅拌，使各种原料充分混合；

步骤2、将混合均匀的原料装入铂金坩埚中加热；

步骤3、将熔融玻璃倒在250～350℃预热的铜板上，置于退火炉中退火。

进一步地，所述步骤1中所述各种原料包括Pb、Bi、Ga和Er。