[发明专利]一种稀土离子掺杂微晶玻璃的中红外发光材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种稀土离子掺杂微晶玻璃的中红外发光材料及其制备方法，该材料由包含稀土离子Er³⁺和Bi_3.20Te_0.80O_6.40纳米晶颗粒的碲铋酸盐微晶玻璃构成，先制备含稀土离子Er³⁺的碲铋酸盐玻璃，然后通过两步热处理技术将玻璃制成含Bi_3.20Te_0.80O_6.40纳米晶的微晶玻璃。所得的微晶玻璃具有良好的光学性能，通过激发光照射，利用纳米晶营造的低声子能量环境中的稀土离子Er³⁺实现了高效率的2.7μm的荧光发光。

技术领域

本发明提供一种稀土掺杂微晶玻璃的中红外发光材料以及制备方法，属于中红外发光材料技术领域。

背景技术

2-5μm波段荧光在大气中有着相对较高的透过率，可用来进行光通信传输，应用到通信，国防，卫星遥感等领域。除此之外，2-5μm波段荧光是很多分子的特征吸收频段，这让中红外荧光在大气污染监测，工业程序控制，污染物泄露监测等环保领域有着广阔的应用前景，同时中红外荧光也可应用于药物监测，医疗诊断，激光手术等医疗领域。

碲酸盐玻璃具有宽的红外透过窗口、低熔点、良好的稳定性和耐久性、低声子能量、高折射率、良好的非线性光学性能、优良的红外透过性以及稀土离子掺杂含量高等优点，被认为是理想的中红外荧光发光基质。Er³⁺在晶体场中拥有丰富的能级结构，不但可以被紫外光和可见光激发，也可以被波长为808nm和980nm的商用泵浦光激发。在泵浦光源的激发下，Er³⁺基态能级电子可以通过基态吸收方式跃迁至激发态，激发态上的电子通过⁴I_11/2→⁴I_13/2能级跃迁产生波长约为2.7μm的中红外荧光输出。

为了实现高效率、高功率的激光输出，人们从20世纪60年代起就开始了各类固体激光器的研制，基质材料主要涉及激光晶体和玻璃。但这两种基质材料都有自身的缺陷，晶体材料制备条件较为苛刻，且无法用于拉制光纤，限制了其进一步的应用；普通石英玻璃发光效率较低，其较高的声子能量（1100cm^-1）限制了激光器的能量转换效率，基质的本征吸收限制了中红外波段的激光输出，无法满足制备激光器的要求。为了获得优异的发光性能以及良好的环境适应性，用于稀土离子掺杂发光基质的材料不仅要求其具有较低的声子能量，而且要求其具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械性能。微晶玻璃，是通过控制将特定组成的基础玻璃晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料，同时具备晶体和玻璃的一些性能，可以同时结合Er³⁺掺杂晶体材料发光效率高和玻璃易于加工的优点。与单晶材料相比，微晶玻璃的制备工艺相对简单，制备周期短，成本低；与复合材料相比，微晶玻璃中晶体与母体玻璃的折射率匹配好，无需集成封装来实现器件组装，不会产生气泡，大大减少生产工艺的成本和时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土掺杂微晶玻璃中红外发光材料及制备方法，该稀土掺杂微晶玻璃的中红外发光材料由包含稀土离子Er³⁺和Bi_3.20Te_0.80O_6.40纳米晶颗粒的碲铋酸盐微晶玻璃构成，先制备含稀土离子Er³⁺的碲铋酸盐玻璃，然后通过两步热处理技术将玻璃制成含Bi_3.20Te_0.80O_6.40纳米晶的微晶玻璃。