[发明专利]一种掺铒型磷酸盐玻璃及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光学玻璃技术领域，尤其涉及具有宽带放大特性的掺铒型磷酸盐玻璃，具体涉及一种在1.44～1.625微米宽波段范围内具有宽带放大作用的掺铒型磷酸盐玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

掺铒光纤放大器（EDFA）的研究突破，成功实现了光纤通信的全光中继。现在EDFA结合波分复用技术（WDM）已成为高速光纤通信网的主干。在EDFA中，铒离子为信号光提供增益，以补偿玻璃光纤中传输光的衰减损耗。为满足大容量通信和器件小型化的需求，要求玻璃光纤中铒离子增益带宽大、增益系数高。铒离子在玻璃光纤中的溶解特性和增益特性依赖于玻璃基质的特性。

然而，现使用的石英玻璃光纤对稀土离子溶解度低，高掺杂稀土离子将使石英玻璃中稀土离子团聚导致荧光淬灭，使铒离子的掺杂浓度受到限制。

磷酸盐玻璃是一种较好的基质材料，对稀土离子具有较高的溶解力，铒离子在磷酸盐玻璃中的溶解度比在石英玻璃中溶解度高两个数量级，并且峰值吸收截面和峰值发射截面大，荧光寿命长（如表1所示），因此可以制作出单位长度高增益的光纤放大器和高功率光纤激光器。

表1 铒离子在石英玻璃和磷酸盐玻璃中的荧光特性

但是，研究发现铒离子在磷酸盐玻璃中的荧光带宽窄，仅为22～30 nm，限制了可利用的光纤通信系统的传输容量。

另一方面，在光相干通讯、激光雷达、激光测距、光传感和超远距离探测等领域对宽可调谐单频光纤激光器具有强烈的需求，磷酸盐玻璃对铒离子高的溶解能力便于利用短腔结构法实现光纤激光器单频激光输出。但是，铒离子在磷酸盐玻璃中荧光带宽窄限制了可调谐单频光纤激光器的波长调谐范围。

因此，通过对磷酸盐玻璃基质组分调节来增加铒离子在玻璃中的荧光带宽，成为开发紧凑宽带放大的EDFA和宽波长可调谐单频光纤激光器的关键任务。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可在1.44～1.625微米宽波长范围内具有宽带放大特性的掺铒型磷酸盐玻璃。

本发明的另一个目的在于提供上述掺铒型磷酸盐玻璃的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供上述掺铒型磷酸盐玻璃的应用。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

一种掺铒型磷酸盐玻璃，该掺铒型磷酸盐玻璃为掺铒型磷锑酸盐玻璃，其组成配比如下：

成分                      mol%

五氧化二磷（P₂O₅）        37.5～66.5；

三氧化二锑（Sb₂O₃）       10～40 ；

氧化硼（B₂O₃）            20；

氧化镱（Yb₂O₃）           2；

氧化铒（Er₂O₃）           0.5～1.5。

上述掺铒型磷酸盐玻璃的制备是采用熔融烧铸法，具体包括如下步骤：

按照上述配方称取配方中各组分，分别研磨至粉末后在坩埚内混合均匀，然后置于硅钼棒高温电炉中加热至1350℃～1400℃熔化40分钟后，熔化液经搅拌、澄清后浇铸在不锈钢模具上，放于450℃马弗炉中进行精密退火，退火后得到所需掺铒型磷酸盐玻璃。

上述掺铒型磷酸盐玻璃经切割、研磨、抛光等常规的后续工艺处理后，再投入实际应用中。

为了取得更好的实验效果，本发明人对上述掺铒型磷酸盐玻璃的配方还进行了优化，得到了如下一系列能够取得最佳实验效果的配方，具体如下所示：

配方一：

一种掺铒型磷酸盐玻璃，该掺铒型磷酸盐玻璃为掺铒型磷锑酸盐玻璃，其组成配比如下：

成分                      mol%

五氧化二磷（P₂O₅）        66.5；

三氧化二锑（Sb₂O₃）       10；

氧化硼（B₂O₃）            20；

氧化镱（Yb₂O₃）           2；