[发明专利]抗光子暗化的硅酸盐玻璃、制备方法及单包层光纤制备

说明书

一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃及其单包层光纤的制备方法。该方法通过向Pr³⁺掺杂硅酸盐玻璃中引入一定量的铈变价离子，来抑制由488nm激光持续激发诱导的光子暗化。本发明硅酸盐玻璃的摩尔成分为：70～80mol％的SiO₂，0～1mol％的Al₂O₃，0.1～5mol％的CaO，0.1～10mol％的Na₂O，0.1～20mol％的K₂O，0.1～20mol％的B₂O₃，0.1～3mol％的Pr₂O₃，0.1～3mol％的CeO₂。本发明采用铂金坩埚制备玻璃液体，再将玻璃在预热的模具中冷却，然后放入马弗炉中退火。通过向Pr³⁺掺杂硅酸盐玻璃中引入一定量的铈变价离子后，X射线辐照和488nm激光辐照诱导的光子暗化现象被大幅抑制。

技术领域

本发明涉及稀土掺杂的可见激光玻璃光纤，特别是一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃及其单包层光纤的制备方法。

技术背景

掺Pr³⁺增益光纤中获得的可见激光，在显示技术、遥感探测、传感、超快激光光源、国防等领域具有重要应用前景。氟化物玻璃因具有较低的声子能量，而被广泛用于掺Pr³⁺增益基质，并获得可见激光输出，最高输出功率高达646mW。然而，氟化物玻璃的物理化学性质不稳定、机械强度差、成本高、制备难度大等缺点限制了其进一步的应用。

相反，氧化物玻璃具有制备工艺成熟、化学性质稳定、机械强度高等优势，是一种优良的增益材料基质。但是，在可见激光领域，Pr³⁺掺杂氧化物玻璃光纤至今未实现可见光波段的激光输出。主要原因是光子暗化效应。Pr³⁺离子在氧化物玻璃中4f5d能级较低，在蓝光的持续激发下，Pr³⁺离子连续吸收两个光子到达4f5d能级，进一步失去电子，导致光子暗化。

因此，如何抑制和解决Pr³⁺掺杂氧化物玻璃中的光子暗化问题成为国内外学者们的研究热点。同时，硅酸盐玻璃因具有机械强度高、物化性质稳定、局域晶体场强大等优势，而成为热门的氧化物玻璃基质。众所周知，铈等变价离子具有强烈的紫外吸收，具有与Pr³⁺离子发生能量传递的能力，从而能够抑制光子暗化。

本发明提出一种在硅酸盐玻璃中，通过引入铈变价离子，抑制Pr³⁺离子在玻璃及光纤中的光子暗化，并提供制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗光子暗化的硅酸盐光纤芯棒及其制备方法，该玻璃具有成本低、光学均匀性好、制备工艺成熟等优势，可用于可见激光玻璃光纤领域。

本发明的技术解决方案为：

一种抗光子暗化的硅酸盐玻璃，该玻璃是掺杂稀土激活离子和变价元素的硅酸盐玻璃，所述的激活离子为镨离子，变价离子为铈离子该玻璃原料的摩尔百分比如下：

其中，Na₂O和K₂O分别由Na₂CO₃和K₂CO₃引入。

制备上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的方法，该方法包括以下步骤：

①根据上述抗光子暗化的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比选定所述的含有稀土激活离子和变价元素的硅酸盐玻璃的组成及摩尔百分比，计算并称量原料，置入玛瑙研钵中充分研磨混合得到的混合粉料，所述的研磨时间为10～30min；

②将所述的混合粉料置于铂金坩埚中，并将该铂金坩埚放入熔炉中熔融得到玻璃液，所述的熔融温度为1400～1500℃，所述的熔融时间为1～3h；