专利摘要

本发明公开了一种2.7μm发光高浓度掺杂碲镓锌激光玻璃及其制备方法。该玻璃的摩尔百分比组成范围为：TeO262‑98%；Ga2O32‑20%；ZnO2‑38%；Er2O30‑4%。该玻璃通过熔融冷却法制备。本发明制备的玻璃具有成玻区大，声子能量低（765cm‑1），荧光猝灭浓度高（3mol%）的特点。在808nm和980nm激光二极管（LD）泵浦下可以获得很强的2.7μm波段荧光，同时可以直接监测到2.7μm波段荧光的衰减寿命，适合于2.7μm激光玻璃光纤、光纤放大器和光纤激光器的制备和应用。

权利要求

1.一种2.7 μm发光高浓度掺杂碲镓锌激光玻璃，其特征在于，其组成及配比为：

TeO2 62-98%；

Ga2O32-20%；

ZnO 2-38%；

Er2O3 0.5-4%；

其摩尔百分比组成及配比为100%。

2.制备权利要求1所述2.7 μm发光高浓度掺杂碲镓锌激光玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照组成及配比称量原料；

（2）将步骤（1）中所得的原料混合形成配合料；

（3）将步骤（2）中研磨均匀的配合料，置于高温熔炉中熔融后得到无气泡、无结石、透明、均匀的玻璃液；

（4）将步骤（3）所得的玻璃液浇注在不锈钢铁板上成型，得到透明的玻璃块体；

（5）将成型的透明玻璃转移至马弗炉中退火，保温以去除玻璃的内应力，然后随炉冷却至室温，得到所述碲镓锌玻璃。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）置于高温熔炉中的升温是温度从室温升至800-1000℃，保温30-60分钟。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述退火的温度为300-350℃。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述保温的时间为2-4小时。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述冷却的速率为10-20℃/小时。

说明书

技术领域

本发明属于光学材料领域，具体涉及一种2.7μm发光高浓度掺杂碲镓锌激光玻璃及其制备方法。

背景技术

2.7μm波段光纤激光器在医疗手术和军事国防等具有重要的潜在应用。实现2.7μm发光的稀土离子是Er3+离子，对应4I11/2→4I13/2能级跃迁，其在808nm和980nm具有较强的吸收峰，因此可以采用相应的高功率半导体激光器泵浦。目前实现2.7μm激光的玻璃基质仅局限在氟化物玻璃中，然而氟化物玻璃存在物化性质较差，抗激光损伤阈值较低的缺点，因此需要探索新型的激光玻璃基质。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的是提供一种2.7μm发光高浓度掺杂碲镓锌激光玻璃及其制备方法。碲酸盐玻璃特别是碲镓锌玻璃具有较高的玻璃化转变温度，较低的声子能量，较高的稀土溶解能力，因此可以作为2.7μm发光的基质玻璃，有望实现2.7μm激光输出。

本发明提供的制备方法包括以氧化碲为玻璃形成体，氧化镓和氧化锌为玻璃中间体，可以形成稳定的三维网络结构，极大拓宽玻璃的形成范围，提高稀土溶解度，可用于2.7μm激光玻璃光纤、光纤放大器和光纤激光器的制备和应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明提供的一种2.7μm发光高浓度掺杂碲镓锌激光玻璃，该玻璃组成及配比为：

上述摩尔百分比总和为100％。

进一步地，制备上述2.7μm发光高浓度掺杂碲镓锌激光玻璃的方法，包括以下步骤：

(1)按照组成及配比称量原料(原料均以氧化物的形式引入)；

(2)将步骤(1)中所得的原料在玛瑙研钵中充分混合形成配合料；

(3)将步骤(2)中的配合料转入刚玉坩埚，置于高温熔炉中升温并保温，经熔融、澄清和均化后得到无气泡、无结石、透明、均匀的玻璃液；

(4)将步骤(3)得到的玻璃液浇注在不锈钢铁板上成型，得到透明的玻璃块体；

(5)将成型的透明玻璃迅速转移至马弗炉中退火，保温以去除玻璃的内应力，然后随炉冷却至室温，得到所述碲镓锌玻璃。

进一步地，步骤(3)所述升温是温度从室温升至800-1000℃，保温30-60分钟。

进一步地，步骤(5)所述退火的温度为300-350℃。

进一步地，步骤(5)所述保温的时间为2-4小时。

进一步地，步骤(5)所述冷却的速率为10-20℃/小时。

由上述的制备方法可制得所述碲镓锌玻璃。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

本发明制备的玻璃具有成玻区大，声子能量低(765cm-1)，荧光猝灭浓度高(3mol％)的特点。在808nm和980nm激光二极管(LD)泵浦下可以获得很强的2.7μm波段荧光，同时可以直接监测到2.7μm波段荧光的衰减寿命，适合于2.7μm激光玻璃光纤、光纤放大器和光纤激光器的制备和应用。

附图说明

图1为本发明所得的碲镓锌激光玻璃的形成区图(阴影部分代表实际成玻范围)，图中空心圆圈数字对应实施例1-7；

图2为本发明所得实施例6碲镓锌激光玻璃的拉曼光谱；

图3为本发明所得实施例6碲镓锌激光玻璃的发射光谱；

图4为本发明所得实施例6碲镓锌激光玻璃的寿命衰减曲线，激发波长为980nm，监测波长为2715nm)。

具体实施方式

以下结合具体实施例与附图对本发明的实施方式进行进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明7个具体实施例制得的玻璃的组成及配比见下表1，其中Er2O3以外掺的方式引入到玻璃组成中。

表1

实施例1-2中碲镓锌激光玻璃的制备步骤如下：

(1)按照组成及配比精确称量原料20g，原料均为高纯原料(＞99.99％)，其中实施例1的原料为：TeO2：14.68g，Ga2O3：4.74g，ZnO：0.57g，Er2O3：0g；实施例2的原料为：TeO2：14.78g，Ga2O3：4.38g，ZnO：0.56g，Er2O3：0.29g；

(2)将步骤(1)中所得的原料在玛瑙研钵中混合形成配合料；

(3)将步骤(2)中研磨均匀的配合料转入刚玉坩埚，置于高温熔炉中升温至800℃(实施例1-3)熔融30分钟后得到无气泡、无结石、透明、均匀的玻璃液；

(4)将澄清和均化后的玻璃液浇注在不锈钢铁板上成型，得到透明的玻璃块体；

(5)将成型的透明玻璃转移至马弗炉中于300℃退火并保温2小时以去除玻璃的内应力，然后以20℃/小时的冷却速率随炉冷却至室温，得到碲镓锌玻璃。

实施例3-5中碲镓锌激光玻璃的制备步骤如下：

(1)按照组成及配比精确称量原料20g，其中实施例3的原料为：TeO2：14.21g，Ga2O3：4.61g，ZnO：0.8g，Er2O3：0.47g；实施例4的原料为：TeO2：14.7g，Ga2O3：4.43g，ZnO：0.19g，Er2O3：0.68g；实施例5的原料为：TeO2：15.74g，Ga2O3：2.31g，ZnO：1g，Er2O3：1.55g；

(2)将步骤(1)中所得的原料在玛瑙研钵中混合形成配合料；

(3)将步骤(2)中研磨均匀的配合料转入刚玉坩埚，置于高温熔炉中在1000℃熔融60分钟后得到无气泡、无结石、透明、均匀的玻璃液；

(4)将澄清和均化后的玻璃液浇注在不锈钢铁板上成型，得到透明的玻璃块体；

(5)将成型的透明玻璃转移至马弗炉中于350℃退火并保温4小时以去除玻璃的内应力，然后以15℃/小时的冷却速率随炉冷却至室温，得到碲镓锌玻璃。

实施例6-7中碲镓锌激光玻璃的制备步骤如下：

(1)按照组成及配比精确称量原料20g，其中实施例6的原料为：TeO2：16.48g，Ga2O3：1.14g，ZnO：0.99g，Er2O3：1.39g；实施例7的原料为：TeO2：18.14g，Ga2O3：0.22g，ZnO：0.09g，Er2O3：0.68g；

(2)将步骤(1)中所得的原料在玛瑙研钵中混合形成配合料；

(3)将步骤(2)中研磨均匀的配合料转入刚玉坩埚，置于高温熔炉中在900℃熔融40分钟后得到无气泡、无结石、透明、均匀的玻璃液；

(4)将澄清和均化后的玻璃液浇注在不锈钢铁板上成型，得到透明的玻璃块体；

(5)将成型的透明玻璃转移至马弗炉中于320℃退火并保温3小时以去除玻璃的内应力，然后以10℃/小时的冷却速率随炉冷却至室温，得到碲镓锌玻璃。

图1为本发明所得的碲镓锌激光玻璃的形成区图(阴影部分代表实际成玻范围)，图中空心圆圈数字对应实施例1-7。从图1可以看出本发明的碲镓锌玻璃成玻区非常大。图2可以看出玻璃的最大声子能量仅为765cm-1，较低的最大声子能量有利于获得高效的中红外发光。图3是实施例6的碲镓锌玻璃的中红外荧光光谱，Er3+浓度高达3mol％时可观察到强的2.7μm荧光。图4中可以看到Er3+离子4I11/2能级的寿命是0.4ms。上述实施例制备的具有成玻区大，声子能量低(765cm-1)，荧光猝灭浓度高(3mol％)的特点。在980nm激光二极管(LD)泵浦下可以获得很强的2.7μm波段荧光，同时可以直接监测到2.7μm波段荧光的衰减寿命，适合于2.7μm激光玻璃光纤、光纤放大器和光纤激光器的制备和应用。

以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。

一种2.7μm发光高浓度掺杂碲镓锌激光玻璃及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。