[发明专利]具有超宽带近红外发光的Bi2O3/GeO2玻璃及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽带近红外发光玻璃，尤其涉及一种以主族金属Bi氧化物为基底的激光玻璃、以及具有高效近红外宽带发光特性的玻璃的制备方法。

背景技术

宽带近红外发光由于其可以应用于光学放大器（如通讯领域的WDM放大器）、人眼安全激光、连续和飞秒激光、遥感、空气检测、医用激光、激光导星自适应光学系统（Laser guide star adaptive optics，LGS AO）等，因而备受国内外研究人员的重视。

1999年，日本科学家Murata和Fujimoto首次报道了在掺Bi离子的SiO₂玻璃中出现了1000-1600 nm的宽带近红外发光，峰位位于1150nm，FWHM> 200nm，τ=650μs。其发射光谱宽度远大于Er离子掺杂的同类玻璃（FWHM约为40nm），几乎覆盖了整个光通讯波段，也包括了人眼安全的1.5 μm波段。随后，人们在其他玻璃体系和晶体中也得到了类似的宽带近红外发光，2005年，俄罗斯科学家首次在掺Bi光纤中实现了激光输出，激光波长1150-1300 nm。

值得一提的是，在已报道的文献中，该宽带近红外波段的发光的激发峰或者材料的吸收峰主要位于四个波长附近：500、700、800、1000 nm。这很好的符合已经发展很成熟的激光二极管（LD）的发光波长，因而很有潜力研制出小型激光二极管（LD）直接泵浦的飞秒激光器，成为开发新一代紧凑型、高效率、低成本商用飞秒激光器的热点。

然而，由于主族金属Bi元素的离子半径很大，铋的氧化物、卤化物等熔沸点都比较低，因而很难在晶体材料中掺杂高浓度的Bi离子；另一方面，由于Bi离子的强极性而导致的对于玻璃的去聚化作用，也使得Bi离子在其他体系玻璃中的掺杂浓度不能很高。这些都制约了掺Bi 材料产生超宽带、高强度的近红外宽带发光。

发明内容

针对现有技术中Bi离子掺杂浓度较低的问题，本发明基于以上的技术和研究背景，致力于提供一种适用LD泵浦，覆盖近红外人眼安全波段和光通讯波段的含Bi基质近红外宽带发光玻璃材料，以及使其具有高发光效率的玻璃制备方法和玻璃生长工艺参数。

因此，本发明的目的是提供一种适用LD泵浦的含Bi基体近红外宽带发光的玻璃材料，以及相关的玻璃制备方法。

本发明第一个方面是提供一种具有超宽带近红外发光的Bi₂O₃/GeO₂玻璃，所述Bi₂O₃/GeO₂玻璃以GeO₂为基材，Bi₂O₃含量为1at%-40at%。

其中，Bi₂O₃含量更优选为5at%-30at%。

所述具有超宽带近红外发光的Bi₂O₃/GeO₂玻璃优选为由本发明第二个方面所述的方法制备。

本发明第二个方面是提供一种制备具有超宽带近红外发光的Bi₂O₃/GeO₂玻璃的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，按照Bi₂O₃含量为1at%-40at%提供GeO₂和Bi₂O₃，充分混合均匀后压制成块；

步骤2，熔融淬冷制备玻璃，方法为：以80-200℃/h升温速率，升温至化料温度1000-1200℃，并在此温度保温20-40分钟。

其中，步骤2优选为在坩埚中进行，更优选地，坩埚上加盖与坩埚材料相同的盖子。

所述坩埚材质选自铂金、金属钼或氧化铝中的任意一种或几种。

其中，所述熔融淬冷过程中，使用的模板材料选自铂金、金属钼、金属铜、金属铁中的任意一种或几种。

本发明上述方法的一种优选实施例中，还可以包括步骤3：150-700℃温度范围内退火处理。

其中，步骤3中退火时间优选为5-10小时。

其中，退火过程可以是在空气或惰性气体环境中进行，所述惰性气体如氩气、氮气等。