[发明专利]镱镍共掺透明硅酸盐微晶玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学透明微晶玻璃，特别是一种用于宽带光放大的镱镍共掺透明硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。该透明微晶玻璃在980nm光源泵浦下能够产生比单一Ni掺杂的透明硅酸盐微晶玻璃更强的近红外通讯波段荧光，具有长的荧光寿命，宽的增益带宽，适合作为宽带光放大器和激光器的增益介质。

背景技术

近年来，随着计算机网络及其它新的数据传输服务的飞速发展，长距离光纤传输系统对通信容量的需求急剧膨胀。如何进一步提高现有光纤传输系统的通信容量，以满足这种日益膨胀的需求，已成为光通信领域研究的热点。目前广泛认为增加光纤传输系统中光纤放大器的增益带宽和平坦性是增加光纤传输容量的最有效的方法。然而，现在实用的掺铒光纤放大器的增益带宽很难再得到拓宽，这是因为稀土离子4f-4f光跃迁的带宽本质上是狭窄的，所以由一种稀土离子掺杂而引起的光放大器带宽的扩展是有限的。同样的问题也发生在铥，镨，钐等稀土离子身上。光纤喇曼放大器(FRAs)能够实现大范围内的宽带放大，但它需要多波段的泵浦并且增益效率低，而且宽带FRAs结构复杂，需要特大功率的泵浦激光器，能量消耗大。因此，如果能够研制出一种具有高增益和覆盖整个通讯窗口的超宽带光放大器，那么就有可能仅用一个光放大器实现整个通讯窗口的光信号同时得到放大，这将引起光通信领域飞跃性的进步，促进光通信向全光通信网络发展。

最近，Ni²⁺掺杂透明微晶玻璃受到了人们的广泛关注。这种Ni²⁺掺杂光学材料在1050nm附近有宽的吸收带，用980nm激光二极管泵浦能够产生覆盖整个光通信窗口(1200～1600nm)的荧光，具有长的荧光寿命，宽的增益带宽，有望在宽带光放大器、高功率激光器、可调谐激光器等领域得到应用。

众所周知，Yb³⁺离子在980nm附近具有高的和宽的吸收带，这与目前已经商用的InGaAs激光二极管的发射波长(980nm)匹配的很好，因此常常用作一些稀土离子(如Er³⁺，Pr³⁺)掺杂激光材料的敏化剂以提高它们的泵浦效率。这是由于Yb³⁺离子²F_5/2→²F_7/2的发射与Er³⁺离子⁴I_15/2→⁴I_11/2、Pr³⁺离子³H₄→¹G₄的吸收具有大的光谱重叠，导致Yb³⁺离子向Er³⁺、Pr³⁺离子发生有效能量转移。

发明内容

本发明的目的是为了提高透明微晶玻璃中镍(Ni²⁺)离子光谱性质，提出一种镱镍共掺透明硅酸盐微晶玻璃及其制备方法，以增强材料的发光性质，提高微晶玻璃的近红外荧光强度和荧光寿命，使之有望在宽带光放大器、高功率激光器、可调谐激光器等领域得到应用。

本发明的技术解决方案如下：

一种镱镍共掺透明硅酸盐微晶玻璃，其组成配比如下：

成分     mol％

SiO₂     50～70

Ga₂O₃    15～30

Li₂O     10～30

NiO      0.005～1

Yb₂O₃    0.005～2

上述镱镍共掺透明硅酸盐微晶玻璃的制备方法，包括下列步骤：

(1)选定玻璃摩尔百分比组成配比，按该配比称量一定总量的各原料，在玛瑙研钵中研磨10～60分钟；

(2)将研磨好的原料放入铂金坩锅内，于1500～1600℃进行熔化，保温时间1～10小时；

(3)将玻璃熔液浇注在一块不锈钢钢板上，并用另一钢板压平，之后转入马弗炉内在500～580℃下进行退火，保温时间0.5～10小时，然后关闭马弗炉电源让玻璃随炉降至室温，取出即得透明玻璃；

(4)以300℃/h的升温速率从室温升到650～700℃，保温1～20个小时，然后关闭马弗炉电源让玻璃随炉冷却到室温，取出即可得到透明微晶玻璃。

本发明的技术效果：