[发明专利]一种高效红外发光硅锗锌玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效红外发光硅锗锌玻璃，该玻璃组分的摩尔百分比为：SiO₂：25~50%、Ge₂O₃：20~40%、Ga₂O₃：10~20%、Li₂O：5~12%、BaO：5~12%、ZnF₂+ZnO：5~15%、Ho₂O₃：1~5%、Yb₂O₃：1~5%。Ho‑Yb是以1:1的组合外部掺杂在基质玻璃中的。本发明在硅锗酸盐玻璃中引入锌化合物后获得具有好的发光性能的透明无析晶玻璃，在2~3μm红外区域红外透过率高，物化性能提高，通过980 nm波长的激光二极管泵浦获得红外2.0和2.8μm荧光，适用于2~3μm红外波段发光的Ho³⁺‑Yb³⁺离子共掺的特种玻璃及光纤材料的制备及应用。

技术领域

本发明属于中红外硅锗酸盐玻璃领域，具体涉及一种Ho³⁺-Yb³⁺掺杂高效红外发光硅锗锌玻璃。

背景技术

近年来，稀土离子掺杂的2~3 μm输出的固体激光器因在遥感、测距、环境监测、生物医疗领域以及用于新的中红外波段激光的抽运源等方面都具有十分重要的应用价值而引起了广泛的关注。2~3 μm激光输出大多是通过稀土离子掺杂晶体获得的。然而，大尺寸且性能优异的单晶制备和加工困难、成品率低且价格昂贵，而稀土离子掺杂的激光玻璃则由于其制备工艺成熟，可获得高光学均匀性的大尺寸产品，且稀土离子浓度和玻璃组分可在较大范围内调整，有利于改进其激光性能。更为重要的是，玻璃便于加工，可以拉制成光纤，显著增加表面积，提高散热效率，同时改善激光的光学品质因素。因此，开发可获得2~3 μm波段激光的稀土掺杂玻璃光纤材料具有重要的研究意义。

与传统的石英玻璃相比，硅酸盐玻璃仍具有制备工艺成熟、成本低廉和机械强度高等优点，还拥有石英玻璃所不具备的连续可调的成分和较高的稀土离子溶解能力。虽然如此，硅酸盐玻璃还是存在很多问题，如声子能量大（1050 cm^-1）以及透光范围不够宽等问题。从而重金属氧化物玻璃走进研究人员的视野，在此我们关注的是锗氧化物玻璃—也就是锗酸盐玻璃，由于锗酸盐玻璃的声子能量较低（850 cm^-1）且具有较高的溶解浓度和红外透过范围较宽的优点，除此之外，锗酸盐玻璃的化学稳定性能、力学性能和机械性能都十分优异（优于氟化物玻璃），因此被看作是潜在的红外窗口材料。由于一元玻璃始终存在某些不可改变的缺点，研究人员逐渐的有目的性的对二元玻璃进行研究，本发明所述的研究基质即硅酸盐-锗酸盐二元玻璃——称之为硅锗玻璃。

硅锗玻璃同时具有硅酸盐玻璃和锗酸盐玻璃的优点，将锗氧四面体和硅氧四面体相结合，有效疏松硅酸盐玻璃的结构，使稀土离子溶解能力增强，也可以有效降低基质的声子能量和提高量子效率。因此, 硅锗玻璃是一种潜在的中红外2~3μm激光玻璃光纤材料。

本发明公开的是一种高效红外发光硅锗锌玻璃及其制备方法。通过组分的调节，在原有的硅锗酸盐玻璃组分中引入一定量的特定组分的锌。红外2~2.8μm 发光明显增强了。这将使其在中红外波段有重要的应用。

鉴于此，本发明提供的高效红外发光的硅锗锌玻璃的制备方法是可行并具有实际应用价值的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ho³⁺-Yb³⁺掺杂高效红外发光硅锗锌玻璃，改善硅锗玻璃的物化及机械性能，并提高稀土离子在玻璃中的荧光效率。在980nm波长的激光二极管泵浦下能获得较强的2~2.8 μm荧光，为2~3 μm波段激光器提供一种合适的基质材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明Ho³⁺-Yb³⁺掺杂高效红外发光硅锗锌玻璃的各组分按摩尔百分含量，分别如下：