[发明专利]一种Ho3+

说明书

本发明提供一种Ho³⁺掺杂的氟铝玻璃，在638nm激光泵浦激发下实现2.4μm中红外波段的荧光发射，所用玻璃基质的各原料和掺杂离子浓度的摩尔百分比为30AlF₃‑15BaF₂‑(20‑x)YF₃‑25PbF₂‑10MgF₂‑xHoF₃(x＝0.2,0.5,1,1.5,2,3,4,6,8,10)。本发明制备的离子掺杂玻璃透明度高，发光效率高，而且具有优良的化学稳定性，且制备工艺简单，可以作为2.4μm中红外波段光纤激光器增益介质，发明的研究方法及结果对进一步研究中红外玻璃材料以及中红外激光器具有重要的参考价值和指导意义。

技术领域

本发明涉及一种氟铝玻璃，尤其涉及一种Ho³⁺掺杂的氟铝玻璃。

背景技术

中红外(2-20μm)激光位于很多气体分子和有机分子的振转能级吸收带，即所谓的“分子指纹区”，因此中红外激光在疾病诊断、痕量气体检测、分子光谱学等领域具有重要的应用前景。另外，空间大气存在三个透明“窗口”，分别为2～2.7μm、3～5μm和8～13μm，因此中红外激光在远程遥感、空间通讯以及军事等领域也具有重要的应用潜力。当前，可见光和近红外波段的激光技术已经发展成熟，而中红外激光特别是3μm及以上波段的中红外激光却发展得十分缓慢。在实际应用中，通常需要能够有效传导中红外激光的波导光纤，而我们常用的石英光纤在中红外波段具有吸收，无法长距离传导中红外激光，因此，研究新型的中红外波导光纤对于红外激光的应用十分必要。

以掺杂稀土离子(Ho³⁺，Yb³⁺，Pr³⁺，Er³⁺，Nd³⁺，Tm³⁺，)的光纤玻璃作为增益介质的光纤激光器和传统激光器相比较，光纤激光器具有巨大的优势，如效率高、体积小、易于集成、光束质量好、抗干扰能力强、散热性好等众多优势。而且近几十年来，随着激光二极管泵浦技术及光纤材料和工艺研究的飞速进展，人类已经获得应用于多种不同应用前景的光纤激光器，广泛应用于光纤通信、工业造船、汽车制造、激光雕刻、医疗器械仪器设备等领域。由于光纤激光器的激发波长主要由基质原料中稀土激活剂离子所确定，所以便可利用与稀土离子吸收峰相对应的短波长、高功率的廉价半导体激光器作为泵浦激发源，获得光纤通信低损耗窗口的1～2μm的近红外以及2～3μm的中红外波长的激光输出。对于稀土掺杂玻璃而言，拥有低声子能量的基质玻璃是获得高效率发光的一个重要因素，从而减小非辐射驰豫过程的发生。大多数的氧化物玻璃的声子能量(1100cm^-1)相对较大，而氟化物玻璃的声子能量低，透过窗口覆盖紫外到中红外波段，此外还具有较低的色散、较强的离子键性能和较高的稀土离子溶解度等特点，因此氟化物玻璃被视为重要的中红外玻璃材料。氟化物玻璃主要有氟化锆(ZrF₄)，氟化铟(InF₃)，氟化锌(ZnF₂)和氟化铝(AIF₃)等。氟锆酸盐(ZBLAN) 玻璃最初在1974年被意外发现，研究团队原计划是制造ZrF₄-BaF₂-NaF晶体，但所制得的结构主要是无定型且不稳定的玻璃。研究人员随后发现在化合物中增添镧和铝可大幅提高玻璃的稳定性并使其不易晶化，从而使氟锆酸盐玻璃逐步演变成由五种卤化物 ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF组成的玻璃，并且组份为(53％)ZrF₄-(20％)BaF₂-(4％)LaF₃- (3％)AlF₃-(20％)NaF的玻璃被认为最适宜拉制ZBLAN光纤。在ZBLAN玻璃被发现不久，研究人员发现相比于石英玻璃，ZBLAN玻璃具有可高掺杂，声子能量小等特性，在中长红外波段有极高透过率，并且在理论上能够实现超低损耗ZBLAN光纤。由于具有上述特点，在超低损耗光纤通信系统的应用潜力驱动了最初阶段的ZBLAN玻璃的研究和优化。