[发明专利]一种可实现3.9微米发光的钬钕共掺氟铝玻璃的制备方法

说明书

本发明一种可实现3.9微米发光的钬钕共掺氟铝玻璃的制备方法,包括以下步骤：将化学原料按照一定的摩尔百分比进行称重配制，然后充分研磨混合；将混合原料装入坩埚中，并在手套箱中，经过800‑1000摄氏度的高温炉熔化烧制；将熔化的液体倒入370摄氏度左右预热的模具中，保持3小时，然后缓慢冷却至室温，获得不同浓度的钬钕共掺的氟铝玻璃；将钬钕共掺的氟铝玻璃样品表面抛光至光学质量，得到可实现3.9微米发光的最终玻璃样品。本发明制备的玻璃，具有良好的抗潮解性；制备工艺简单，可实现批量化生产；具有良好的光谱透过宽度和透过性能，在水分子吸收位置无明显可见的透过率降低情况。

技术领域

本发明属于中红外玻璃发光、中红外光纤激光，特种光学材料等领域，具体涉及一种可实现3.9微米发光的钬钕共掺氟铝玻璃的制备方法。

背景技术

近年来，由于工作在3-5微米的中红外激光器在大气传感、医学和国防中的应用，引起了广泛的关注。在3-5微米波段，铒(Er³⁺)，镝(Dy³⁺)和钬(Ho³⁺)是最常见掺杂剂。在Henderson-Sapir提出有效的双波长泵浦之后，Frederic于2017年在掺铒的ZBLAN光纤中使用976纳米和1976纳米泵浦，将3.55微米激光功率输出提高至5.6瓦。至于镝离子，Vincent在2019年报告了在氟化物光纤中实现10.1瓦的3.24微米光纤激光器。然而，有关钬离子在3.9微米(⁵I₅→⁵I₆)发光的激光器的开发却远远落在了后面，之前报道的在888纳米泵浦的氟化铟光纤中，只能获得197毫瓦的输出功率。这主要归因于实现3.9微米的发光缺乏易购买的商用激光二极管来作为泵浦源，以及缺少可靠的低声子能量的主体材料。3.9微米的钬离子发射需要⁵I₄能级的粒子数布居，但是事实证明，低成本、大功率的～793纳米，～808纳米或～980纳米商用泵浦源不适合泵浦钬离子。在2017年，曾有报道利用808纳米激光二极管泵浦，在掺钬的氟化铅晶体引入钕离子(Nd³⁺)，产生了3.9微米发光，证明钕离子可用作敏化剂，将泵浦能量转移到钬的⁵I₄能级上，并通过能量转移过程耗尽了较低能级的粒子布居数(⁵I₅和⁵I₆能级)。2020年，哈尔滨工程大学的王鹏飞老师报道了氟化铟玻璃中钕离子增强的钬离子发光，为3.9微米。然而，与众所周知的氟锆酸盐玻璃(ZBLAN)相似，氟化铟玻璃的耐潮解性和化学稳定性差，极大地增加了研制长期可靠激光器的难度，因而也限制了其发展。基于上述原因，仍然有必要在3-5微米的范围内找到合适的激光发射宿主材料。

氟铝玻璃材料具有宽的透明窗口，高透射率，低声子能量和良好的化学稳定性，有望实现高功率且稳定的光纤器件。在2018年，贾世杰用84厘米长的掺钬氟铝玻璃光纤在2868纳米处获得了57毫瓦的激光输出，还证明了氟铝玻璃的耐水性要比ZBLAN好得多。哈尔滨工程大学的王顺宾老师在2020年展示了在19厘米长的钬镨共掺杂的氟铝玻璃光纤中实现的2866纳米激光输出，并将输出功率提高到173毫瓦，斜率效率为10.3％，这些都表明氟铝玻璃是中红外激光材料的强力候选者。

因此，基于上述的技术问题，我们首次提出在氟铝材料中，共同掺入钬、钕两种稀土，在低廉的808纳米激光二极管的泵浦下，即可获得3.9微米发光，该发明具有较高的创新型和前沿性，核心技术将在本专利中向大家展示。同时，基于我们发明的一种可实现3.9微米发光的钬钕共掺氟铝玻璃的制备方法，对实现氟铝材料的3.9微米中红外激光具有一定程度的启发作用。

发明内容

本发明的目的是解决玻璃材料中实现3.9微米中红外发光的问题，通过选择合适的玻璃材料与合适的稀土离子，得到在3.9微米处具有良好发光性能的玻璃。

一种可实现3.9微米发光的钬钕共掺氟铝玻璃的制备方法，包括以下步骤：