[发明专利]一种稀土离子掺杂硼硅酸盐激光玻璃及其制备方法和应用

说明书

本发明属于激光玻璃技术领域，具体涉及一种稀土离子掺杂硼硅酸盐激光玻璃及其制备方法和应用。本发明所用稀土离子的4f电子在f‑f组态之内或f‑d组态之间跃迁，通过调整稀土离子的种类可产生从紫外光、可见光到红外光范围的各种波长的电磁辐射，使硼硅酸盐玻璃具有较宽的吸收与发射带宽和较高的荧光光谱强度。含硼氧化物和二氧化硅可构成具有高机械性能、透光性能、表面平整度和荧光性能的网络状阴离子基团。二价金属化合物能降低玻璃熔点，且具有碱性及较高的SiOsubgt;2/subgt;溶解能力，能调整玻璃的物理化学性质，得到机械性能稳定、光学均匀性与透过率高、吸收与发射带宽较宽和荧光光谱强度较高的稀土离子掺杂硼硅酸盐激光玻璃。

技术领域

本发明属于激光玻璃技术领域，具体涉及一种稀土离子掺杂硼硅酸盐激光玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

固态激光工作物质由基质材料和激活离子两部分组成。固态激光工作物质的物理性能主要取决于基质材料，而光谱特性主要由激活离子内未满内壳层电子的能级结构决定。块体基质材料包括晶体、玻璃、陶瓷等。激光玻璃尽管具有发射截面小、辐射寿命短、热导率低等不足之处，但具有下述优势：(1)可以制备成大尺寸、高光学均匀性的元件；(2)吸收光谱宽，对泵浦源要求低；(3)各向同性，无双折射；(4)由于彻底无序的非晶格结构，具有宽发射光谱，有利于实现短脉冲激光输出。因此，激光玻璃在高功率激光装置、大能量激光武器、激光测距和微片激光器等系统中具有广泛应用。

作为固态激光器的核心器件，激光玻璃的性能十分重要，特别在一些大功率固体激光器中，要求激光玻璃具有高的激活离子掺杂浓度和机械强度等，以提高增益系数和损伤阈值。激光玻璃包括氧化物玻璃系统如硅酸盐玻璃、锗酸盐玻璃和磷酸盐玻璃等，以及非氧化物玻璃系统如卤化物玻璃和硫化物玻璃等。其中，氟化物玻璃和硫系玻璃的熔点通常较低，机械强度一般不如硅酸盐玻璃。即使是属于氧化物玻璃的磷酸盐玻璃具有较高的稀土溶解度，机械强度方面也不如硅酸盐玻璃。但是硅酸盐玻璃的熔点高和稀土离子溶解度较低，不能在硅酸盐玻璃中有效掺杂稀土离子以提高其发光性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种稀土离子掺杂硼硅酸盐激光玻璃及其制备方法和应用，本发明提供的稀土离子掺杂硼硅酸盐激光玻璃机械性能稳定、光谱范围可调制、吸收与发射带宽、光学均匀性与透过率高。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种稀土离子掺杂硼硅酸盐激光玻璃，其制备原料包括稀土氧化物和基础化合物；

所述稀土氧化物为RE₂O₃；所述RE包括镨离子、钕离子、钐离子、铽离子、镝离子、钬离子、铒离子、铥离子和镱离子中的一种或多种；

所述基础化合物包括含二价金属化合物、SiO₂和含硼化合物；

所述含二价金属化合物为MO或MCO₃；所述M包括Mg、Ca、Sr、Ba、Zn和Cd中的一种或多种；

所述含硼化合物为B₂O₃或H₃BO₃。

优选的，所述稀土氧化物和基础化合物的质量比为x:100-x，0.1≤x≤50；

优选的，所述SiO₂和含硼化合物的质量比为60-a:a，15≤a≤45；

优选的，所述基础化合物还包括R₂O₃；所述R包括La、Ce、Pm、Eu、Gd、Lu、Sc、Y、Al、Ga、In、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mn、Fe、Co和Ni中的一种或多种。

优选的，所述含二价金属化合物和R₂O₃的质量比为b:40-b，10≤b≤40。