[发明专利]一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃，其组分包括:丙二醇碲,BiCl₃,ZnCl₂，ZnF₂，醋酸钠,ErCl₃。通过溶胶凝胶法制得的玻璃，稀土离子掺杂浓度高，中红外发光强度强，具有良好的机械性能，是一种非常有前景的高光学质量玻璃；利用卤族元素改善玻璃热稳定性能和提升玻璃红外发光性能，制备方法简便，制备周期短，有望应用于国防工业、军事及民用领域。

技术领域

本发明涉及一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃及其制备方法。

背景技术

中红外2～5μm波段稀土掺杂激光玻璃及光纤在国家安全与国防建设、光通信、天体物理探测与光谱学研究等领域都将具有广泛的应用前景。已有报道的2.7μm掺铒发光玻璃基本上的都是基于Er³⁺:⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁。然而铒在低能级的寿命高于高能级，因此⁴I_11/2与⁴I_13/2激光能级跃迁也可能会导致自终止。通过高浓度掺杂，利用下能级⁴I_13/2态Er³⁺之间的ETU相互作用(⁴I_13/2,⁴I_13/2)→(⁴I_9/2,⁴I_15/2)也会促进连续激光的输出。其原因：半数离子通过ETU会弛豫到基态，另外半数粒子上转换到⁴I_9/2能级，然后通过多声子弛豫将回到⁴I_11/2能级，从而发射第二个激光光子。这样不仅解决激光自终止的问题，还提高光-光转换效率。对于玻璃基质来说，璃中获得2μm以上激光输出，氟化物玻璃因其固有的缺陷，化学稳定性和机械强度较差、制备条件苛刻、易被水分侵蚀、抗析晶性能差(ΔT≤85℃)等限制了其激光功率的提高。硅酸盐玻璃声子能量高(～1100cm^～1)，稀土无辐射跃迁几率高，不利于获得高效发光。亟需发展一种声子能量低，热稳定性能优良的新型3μm波段掺铒玻璃体系。碲酸盐玻璃的声子能量较低(700～750cm^～1)，有利于提高稀土辐射跃迁几率，发光效率较高。但是碲酸盐玻璃也存在热稳定性能、机械性能较差的问题，可通过在碲酸盐玻璃中添加适量重金属氧化物替代一部分氧化碲作为玻璃形成体，形成碲酸盐玻璃，改善玻璃的热稳定性能和机械性能。

为了进一步改善玻璃的各项性能，在玻璃中引入重金属氯化物使得玻璃网络结构中形成[ZnCl₄]空间四面体。由于它具有更低的声子能量(200～300cm^-1)并且均匀的分布在玻璃网络结构中使得声子能量进一步降低，提升中红外的发光性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃及其制备方法。与以往的玻璃基质材料相比，该种材料克服了氧化物玻璃(较差的热稳定性)所固有的缺点，在提高玻璃热稳定性和机械强度的基础上，在980nm波长的激光二极管泵浦下同时获得很强的2.7μm荧光，为中红外波段激光器提供一种合适的基质材料。

本发明具体的技术解决方案如下：

一种低声子能量高掺铒中红外激光玻璃：以丙二醇碲为主要组分，摩尔百分比组成包括:丙二醇碲:55～60％,BiCl₃:5～10％,ZnCl₂：20％，ZnF₂：5％，醋酸钠:10％，ErCl₃：0～8％。

所述的低声子能量高掺铒中红外激光玻璃，包括下列步骤：