[发明专利]2μm波段发光的氧卤碲酸盐玻璃

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃，特别是一种2μm波段发光的氧卤碲酸盐玻璃。该氧卤碲酸盐玻璃特点是物化稳定性好，声子能量较低，适合于制作2μm中红外波段发光的光学镜头或光纤基质材料。

背景技术

2μm激光在激光测距、测风雷达、激光医疗及中红外抽运源等方面都具有重要的应用价值。目前获得2μm激光输出的材料主要是钬掺杂的晶体，如：YLF、YAG等，最高功率可达上百瓦。但由于中红外区域的非线性红外晶体普遍存在激光损伤阈值太小，非本征缺陷易引起光吸收和光散射，导致近、中红外区透过率低的缺点；而且高质量、大尺寸的单晶不易制备；同时在一些应用场合如人体内部激光切割等不方便使用，因而限制了它们的应用。

稀土掺杂的玻璃光纤是获得2μm激光输出的有效途径之一。具有较高量子效率的2μm发射主要有Ho³⁺：⁵I₇→⁵I₈(～2.052μm)、Tm³⁺：³F₄→³H₆(1.8～2.1μm)。由于石英光纤的工艺成熟且损耗低，最初主要采用了石英作为基质材料。但石英的声子能量相对较高(1100cm^-1)，稀土离子在其中的多声子驰豫几率很高，导致中红外波段跃迁对应的上下能级辐射跃迁几率非常小，因而斜效率相对较低；同时，石英基质较低的稀土离子掺杂浓度也是其很难在2μm波段获得高功率输出的一个重要原因。于是，研究者们把目标转向了声子能量较低的氟化物玻璃系统。2003年，法国雷恩大学采用钛宝石激光器激发Tm³⁺掺杂的ZBLAN氟化物玻璃，获得了1.8μm的激光输出(参见：J.L.Doualan et.al.OpticalMaterials 24(2003)563-574)。实际上，由于氟化物玻璃系统本身一直无法克服的较差的化学稳定性和机械强度以及苛刻的制备条件，既要保证氟化物玻璃光学性能，又要提高其热学、机械性能以及化学稳定性是具有相当大的难度的。

因此，如何在保证物化性质良好的情况下获得高的发光效率的基质材料是当前2μm波段发光的研究难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种2μm波段发光的氧卤碲酸盐玻璃，该玻璃在2μm波段要具有较高的发光效率，同时物化性质好，容易制备。

本发明的创新性技术思想是：以声子能量较低、稀土离子溶解度大的TeO₂基玻璃为主要组成，同时掺入易于成玻璃的PbF₂和ZnF₂，进一步降低体系的声子能量，同时添加适量的其它氧化物组分，通过组分的调整和优化，以提高玻璃的物化稳定性，同时也使玻璃处于较低的声子能量范围；稀土主要为Tm³⁺和Ho³⁺，同时添加适量的Yb³⁺、Er³⁺离子加以敏化，通过稀土离子种类和浓度比的调整，达到较高的2μm发光效率。

本发明的技术方案如下：

一种2μm波段发光的氧卤碲酸盐玻璃，特点是该玻璃的成分及摩尔百分比如下：

组分                    mol％

TeO₂                       40～85

PbO                        0～15

PbF₂+ZnF₂                  5～30

ZnO                        0～15

GeO₂                       0～10

Nb₂O₅                      0～10

WO₃                        0～10

Li₂O+Na₂O+K₂O              3～10