[发明专利]含P的硫化GeAs玻璃

说明书

发明背景

美国专利5,389,584(Aitken等)描述了具有优良的远至光谱红外区的透射的一些稳定玻璃。这些玻璃的组成按照硫化物的摩尔％表示，主要包括55-95％GeS₂、2-40％As₂S₃、0.01-20％Ga₂S₃和/或In₂S₃和0-10％MS_x，其中M是至少一种选自下列的改性阳离子：Li、Na、K、Ag、Tl、Ca、Sr、Ba、Cd、Hg、Sn、Pb、Al、Sb、Y和镧系稀土金属，0-20％Cl和/或F，0-5％Se，其中S和/或Se含量为化学计量值的85-125％。

用镨离子(Pr³⁺)掺杂组成在此范围的玻璃时，发现这些玻璃显示波长1.3微米的强¹G₄荧光，其寿命(τ)至少300微秒。然而，这一点只能在玻璃组成中存在有效量的镓和/或铟时才能达到。这些组对Pr³⁺掺杂剂起分散作用，从而能表明浓度淬灭的有害效应。否则的话，在掺杂Pr³⁺离子的硫化砷锗玻璃的二元体系中，Pr³⁺这种掺杂剂会完全聚集成簇，结果这种玻璃在1.3微米的荧光很弱。

这种共掺杂玻璃一直对制造通讯用的光学装置非常有用。这些装置包括放大器、上变频器和激光器。这种玻璃的使用是基于稀土掺杂剂如Pr³⁺离子能很好地分散在含锗和/或铟作为共掺杂剂的玻璃中。结果，从稀土金属掺杂剂发射的荧光被浓度淬灭过程或被类似的无辐射淬灭过程而衰减。

5,389,584专利的发明涉及改善已知的硫化锗玻璃热稳定性。玻璃开始结晶的温度和玻璃转化温度之差(Tx－Tg)表示了其热稳定性。同时，还能保持硫化锗玻璃所要求的透射特性和其它性质。

在此专利基础上，本发明源于两个基本发现。第一，发现增加硫化镓锗玻璃中的砷浓度，可以增加玻璃的热稳定性。第二，发现玻璃中存在镓(Ga)和/或铟(In)，可消除稀土元素聚集成簇的现象，从而在Pr掺杂情况下确保1300nm的荧光不会淬灭。

本发明基于发现Ga和/或In之外的一种共掺杂剂，在分散稀土金属掺杂剂方面同样有效。同时都提供其它重要的优点。

本发明的基本目的是为5,389,584专利的掺杂稀土金属玻璃提供一种共掺杂剂，同时保持玻璃的原有性质。

本发明的第二个目的是提供改进的用于通讯用光学装置的共掺杂玻璃。

本发明第三个目的是提供一种能使玻璃中产生的声子能量能级至少有一定提高的共掺杂剂。

本发明第四个目的是提供分散玻璃中辐射稀土金属掺杂剂的方法，从而提高玻璃的使用效力。

发明概述

本发明涉及一种硫化GeAs玻璃，这种玻璃的组成按照硫化物的摩尔％表示，主要包括55-95％GeS₂、0-40％As₂S₃和/或Sb₂S₃、0.01-25％P₂S₅、0-15％MS_x，其中M是一个或多个选自下列的元素：Li、Na、K、Ag、Tl、Ca、Sr、Ba、Cd、Hg、Sn、Pb、B、Al、Si、Y和镧族稀土金属，0-20％Cl和/或F，0-5％Se和0-5％O，S和/或Se总含量为化学计量值的75-130％。

本发明还涉及由硫化GeAs玻璃构成的光学元件，所述玻璃的组成按照硫化物的摩尔％表示，主要包括55-95％GeS₂、0-40％As₂S₃和/或Sb₂S₃、0.01-25％P₂S₅、0-15％MS_x，其中M是一个或多个选自下列的元素：Li、Na、K、Ag、Tl、Ca、Sr、Ba、Cd、Hg、Sn、Pb、B、Al、Si、Y和镧系稀土金属，0-20％Cl和/或F，0-5％Se和0-5％O，S和/或Se总含量为化学计量值的75-130％。

本发明还设想在硫化GeAs基玻璃中分散稀土金属离子掺杂剂的方法，该方法包括在玻璃中加入作为共掺杂剂的磷源物质。

附图简述

图1和图2是各自说明本发明减少稀土金属掺杂剂离子聚集成簇方法的图。