[发明专利]一种纳米铒镱共掺的二氧化硅介孔分子筛及其制备方法

说明书

技术领域

一种纳米铒镱共掺的二氧化硅介孔分子筛及其制备方法，涉及一种用于制作光纤激光器的纳米分子筛复合材料及其制备方法，该纳米分子筛复合材料可用于制作工作于第三光通信窗口1.55μm附近的高增益激光器。

背景技术

光纤激光器由于功率密度高，因而应用范围非常广泛，包括光纤通信、激光空间远距通信、工业制造、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等等。自从1975年稀土元素铒被成功地掺入光纤以来，人们就开始研究光纤激光器。在30多年的研究历程中，光纤激光器输出功率的提高一直是人们追寻的目标。从理论上来说，这种激光器输出功率的提高可以从增益介质材料特性的改进和光纤结构的改进两个方面来努力。但事实上，现有光纤激光器输出功率的提高更多地得益于光纤结构从最初的小芯单模单包层光纤到双包层光纤再到光子晶体光纤等的改进；而在增益材料方面的改进则主要是稀土元素高掺杂光纤的使用。欲从提高光纤激光器的输出功率的角度去改进稀土元素掺杂材料的特性，无疑提高荧光发射截面或量子产率是最为主要的。然而，目前经常使用的石英基质掺铒光纤的荧光发射截面仅为8.1×10^-21cm²左右，磷酸盐基质掺铒光纤的荧光发射截面略高为8.5×10^-21cm²左右。其它如含铝硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃和ZBLAN玻璃等基质材料都只具有较好的平坦性和突出的带宽，而荧光发射截面则不够高。且有些玻璃如ZBLAN玻璃还具有玻璃转变温度低，热稳定性差的问题。

二氧化硅石英玻璃和含铝硅酸盐玻璃是长期以来用于光纤激光器和光纤放大器的一类主要无序型基质材料。在分子筛世界里，它们的主要对应物为有序的二氧化硅分子筛和沸石分子筛，SBA-15纳米分子筛就是其中的一种。这种材料具有良好的热稳定性，高的比表面积，可以在低温合成，且成本低。特别是分子筛内部有规则排列、孔径大小不一的孔道和笼子。当稀土元素铒处于这些孔道和笼子中时，其周围的本地晶格场不同于常规玻璃。这使得铒离子能级的Stark分裂不同，电子对Stark分裂的子能级的占有也不同，导致荧光发射的效率和谱的形状的不同，因而可能获得高的荧光发射截面和较大的带宽。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米级铒镱共掺的二氧化硅介孔分子筛SBA-15的复合材料Er-Yb-SBA-15，该材料热稳定性好，并且解决了现有的光纤激光器增益材料的荧光发射截面不够高的技术问题，其峰值荧光发射截面高达11.17×10^-21cm²(比磷酸盐基质掺铒光纤的峰值荧光发射截面约高31.4％)、带宽达87nm(1483-1570nm，在荧光发射截面为4.03×10^-21cm²处，接近于石英基质掺铒光纤峰值荧光发射截面一半4.05×10^-21cm²)。

为了达到上述目的，本发明采用如下方案：

本发明的复合材料Er-Yb-SBA-15由二氧化硅介孔分子筛SBA-15，以及二氧化硅介孔分子筛SBA-15内部排列规则、孔径为2-10nm的孔道和笼子中的Er³⁺和Yb³⁺组成，其中Er³⁺∶Yb³⁺＝1∶(8～11)，且比表面积＞500m²g^-1，形状为六方和立方晶体。