[发明专利]一种超宽加工温度区间的近红外发光重金属氧化物玻璃材料

说明书

本发明提供一种超宽加工温度区间的近红外发光重金属氧化物玻璃材料。所述近红外发光重金属氧化物玻璃材料含有Ga₂O₃、La₂O₃、Ta₂O₅以及Er₂O₃作为主要成分，并且相对于100摩尔份主要成分包含54.8～55.2摩尔%的Ga₂O₃，32.5～35摩尔%的La₂O₃，9.9～10.1%摩尔%的Ta₂O₅，以及大于0摩尔%且2.5摩尔%以下的Er₂O₃。

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，涉及一种超宽加工温度区间的近红外发光玻璃材料，特别涉及一种高热稳定性、高透过率、高密度、耐辐照氧化镓基玻璃材料。

背景技术

近年来，稀土掺杂的多组分光学玻璃广泛地应用于诸如光纤通信、三维显示、红外探测、固体激光等领域。光纤放大器作为光通信领域的重要器件，对光通信技术的发展及其应用具有重要的推动作用。掺铒光纤放大器的出现，有效地降低了光信号在传输过程中的衰减，延长了传输距离，使光纤获得大规模应用成为可能。Er³⁺离子具有独特的能级结构，在980nm和800nm波段可用相应匹配的商用二极管激发，拥有从紫外到中红外丰富的辐射跃迁。由于可发生：⁴I_13/2→⁴I_15/2和⁴I_11/2→⁴I_13/2的能级跃迁，可以分别获得以1.53um和2.7um为中心的荧光光谱。Er³⁺离子在1.53um处具有较强的荧光峰，该荧光处于光通讯的C波段(1530-1560nm)，对应于光纤的最低损耗区，且对人眼安全，因此，Er³⁺离子常被用于光纤放大器材料的激活离子，用于对传输光进行强度增益。

研究发现：当光信号在与光纤放大器相连的链路中传输时，它很难避免地会被光纤放大器放大的自发辐射所扭曲，因而导致1.53um发光性能受基质材料的影响非常大。

为了更好的表现Er³⁺的荧光发射性质，需要寻找声子能量低、高热稳定性的玻璃体系作为基质材料。与此同时也要求发光玻璃材料具有高的透过率、较宽的红外透过区间和较高的稀土离子溶解度。高的玻璃化转变温度可以增强抗击环境温度变化的能力，提高光放大器件对环境的适应性。在玻璃材料拉制成光纤的过程中，防止析晶对光纤的性能非常重要，通常析晶起始温度与玻璃化转变温度之差可用于表征玻璃的加工性能，差值越大，玻璃在拉制光纤的过程中越不容易析晶，加工性能越好。差值大于100℃的玻璃材料是具有良好的加工性能，易于拉制光纤。

在已报道的众多玻璃基质体系中，如硅酸盐玻璃和碲酸盐玻璃都能作为1.53um发光的基质材料，但硅酸盐玻璃具有低的稀土离子掺杂浓度、声子能量较高导致稀土离子无辐射跃迁损失严重等缺点，碲酸盐玻璃抗析晶热稳定性较差、机械强度较低、光吸收仅在可见光范围内等缺点，从而限制了它们在光纤放大器基质材料领域的应用。因而寻找一种高性能的玻璃基质材料，是制备光纤放大器的先决条件。研究发现：新型重金属氧化物玻璃具有声子能量低、稀土离子溶解度高和抗激光损伤阈值大等优点，是一种合适的基质材料。Ga₂O₃作为一种重金属氧化物，具有热稳定性高的特点。La₂O₃具有高介电常数，是制备高折射玻璃的有益成分，已有文献表明，含有这两种成分的玻璃材料，具有优异的光学性能。但常规有容器方法很难制备出玻璃形成能力差的Ga₂O₃-La₂O₃基玻璃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有宽温度加工区间、高效近红外发光、高热稳定性、高透过率、耐辐照的玻璃。