[发明专利]一种离子交换玻璃基底及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于光通信技术中有源光放大器件的技术领域，具体涉及一种用于离子交换的铒镱共掺铋硼酸盐玻璃基底及其制作方法。

背景技术

掺铒光波导放大器是用于光通信低损耗窗口1550nm带区的光放大器，可以有效地对光信号进行补偿放大。用于制作光波导的材料很多，如高分子化合物、玻璃、硫硒碲化合物等，其中玻璃是最具代表性的光学材料且容易制得，是制作掺铒光波导放大器的理想基底。虽然目前报道的铒镱共掺硅酸盐、磷酸盐玻璃光波导放大器能得到比较大的增益，但是，其光谱在1550nm光通信低损耗窗口的带宽比较窄而且增益不够平坦。研究表明，在基质材料中引入铋离子可以实现谱带加宽。如吴昌根等人在《光学学报》第24卷第5期上发表的文章《Er³⁺单掺和Er³⁺/Yb³⁺双掺铋硼酸盐玻璃的研究》中所提到的，用高温熔融法制备了Er³⁺单掺和Er³⁺/Yb³⁺双掺铋硼酸盐玻璃样品，研究并发现Er³⁺/Yb³⁺双掺铋硼酸盐玻璃在1.5～1.6μm波段有宽达81nm的荧光半峰全宽。由于该玻璃材料表现出较好的物化性能，因此该材料可望成为宽带光纤(光波导)放大器的适宜的基质材料。然而，此玻璃的制作仅限于文章中所提到的B₂O₃～Bi₂O₃二元系玻璃，由于缺少交换所需的离子(如钠离子)，所以无法用于离子交换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺铒光波导放大器基质材料，可用于离子交换的铒镱共掺B₂O₃～Bi₂O₃～Na₂O三元系玻璃基底及其制作方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的解决方案：选用硼砂、氧化铋、氧化铒、氧化镱，按照一定的比例经过充分的研磨、混合均匀，然后装入刚玉坩埚，最后放入温度、时间可控的气氛炉中完成玻璃的烧制过程，即利用氧化物高温熔融的方法制备铒镱共掺铋硼酸盐玻璃作为光波导放大器的基底。

具体的技术方案如下：

一种离子交换玻璃基底，是铒镱共掺的B₂O₃～Bi₂O₃～Na₂O三元系玻璃，各成分的质量比例关系为49B₂O₃～29Bi₂O₃～22Na₂O：xEr₂O₃/yYb₂O₃，其中x的取值范围是0<x<7.2％，y的取值范围为0<y<11.0％。

其中，49B₂O₃～29Bi₂O₃～22Na₂O：xEr₂O₃/yYb₂O₃表示铒镱共掺的B₂O₃～Bi₂O₃～Na₂O三元系玻璃，符号“：”用以分隔三元玻璃和掺杂源，符号“/”用以分隔两种掺杂源。

优选的x、y取值为x=4.91％，y=4.37％。

一种离子交换玻璃基底的制作方法，以硼砂、氧化铋为原料，以氧化铒和氧化镱为掺杂源，其中硼砂、氧化铋的用量百分含量分别占原料质量的82.24％和17.76％，氧化铒的质量为原料总质量的0～7.2％，氧化镱的质量为原料总质量的0～11.0％；玻璃的熔制在气氛炉中进行；制作方法有熔制前准备、玻璃熔制和自然冷却的过程；

所述的熔制前准备过程，是将清洗完的坩埚放入干燥箱干燥，然后放入气氛炉焙烧至900℃；将氧化铋、氧化铒和氧化镱研磨均匀，再加入硼砂，一起研磨至均匀成为混料，装入坩埚；