專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Er³⁺/Ce³⁺共摻的碲鉍鈦玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光纖放大器的玻璃及其制備技術(shù)，尤其是涉及一種Er3VCe3+ 共摻的碲鉍鈦玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
稀土 Er3+離子摻雜的碲酸鹽玻璃作為第三通信窗口( 1. 55 μ m)的激光增益介質(zhì)已引起人們的廣泛關(guān)注和研究。相對(duì)于傳統(tǒng)的石英玻璃，碲酸鹽玻璃的最大特點(diǎn)在于摻雜Er3+離子在1. 55 μ m波段處具有更大的受激發(fā)射截面，以及對(duì)稀土 Er3+離子具有更好的溶解性，非常適合作為C+L波段(1530 ieiOnm)寬帶、緊湊型摻Er3+光纖放大器的基質(zhì)材料。為實(shí)現(xiàn)高輸出功率和低噪聲系數(shù)的放大，工作于1. 55 μ m波段的摻Er3+光纖放大器大都采用980nm波長(zhǎng)的泵浦方案。然而，對(duì)于常規(guī)組分的摻Er3+碲酸鹽玻璃而言，980nm的泵浦效率并不是十分理想，原因主要在于碲酸鹽玻璃基質(zhì)的聲子能量較低(一般在750CHT1 左右)，這樣使得抽運(yùn)到泵浦能級(jí)(4111/2)上的Er3+離子很難通過(guò)多聲子弛豫過(guò)程快速返回到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)(％3/2)參與1.55 μ m波段熒光發(fā)射，從而導(dǎo)致該能級(jí)上的Er3+離子出現(xiàn)激發(fā)態(tài)吸收現(xiàn)象(即再次吸收泵浦光子躍遷到更高能級(jí))。激發(fā)態(tài)吸收現(xiàn)象的存在不可避免地消耗掉了入射的一部分泵浦光子，使得入射泵浦光不能有效地轉(zhuǎn)化成為1. 55 μ m波段熒光。因此，為了抑制激發(fā)態(tài)吸收提高1. 55 μ m波段熒光發(fā)射強(qiáng)度，必須盡可能加快4Iiv2能級(jí)上的Er3+離子向4Iiv2能級(jí)的無(wú)輻射躍遷速率。目前，采取的方案主要是在摻Er3+碲酸鹽玻璃中引入能量接受離子，例如引入Ce3+離子進(jìn)行共摻，利用Er3+離子4Iiv2能級(jí)與Ce3+離子 2F5/2 能級(jí)間的能量傳遞過(guò)程(Er3+:4I11/2+Ce3+:2F5/2 — Er3+:4I13/2+Ce3+:2F7/2)，來(lái)提高 Er3+離子— %3/2能級(jí)間的無(wú)輻射躍遷速率。然而，稀土 Ce3+離子的4f組態(tài)僅由基態(tài)2F5/2和激發(fā)態(tài)2F7/2兩個(gè)能級(jí)組成。摻 Er3VCe3+碲酸鹽玻璃中Ce3+離子由基態(tài)2F5/2到激發(fā)態(tài)2F7/2的光譜吸收峰位于2150CHT1 和MOOcnT1附近，而Er3+離子由泵浦能級(jí)4111/2到亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)4Iiv2的光譜發(fā)射峰大約在 3600cm-1處。顯然，Ce3+離子2F5/2 — 2F772能級(jí)間的吸收光譜和Er3+離子4111/2 — 4I1372能級(jí)間的發(fā)射光譜并非理想的相互重疊，存在著大約1200- 1450(3!^1的能量失配ΔE，這個(gè)能量失配ΔΕ需要由玻璃基質(zhì)聲子參與來(lái)補(bǔ)償。因此，摻Er37Ce3+碲酸鹽玻璃中Er3YCe3+離子之間的能量傳遞是一種非共振的能量傳遞過(guò)程，即是一種基于聲子輔助的能量傳遞過(guò)程。顯然，該能量傳遞過(guò)程的傳遞速率不僅取決于進(jìn)行能量傳遞的參與者施主Er3+離子和受主 Ce3+離子的摻雜濃度(決定了兩者相互作用距離)，而且還取決于起到橋梁作用的玻璃基質(zhì)聲子最大聲子能量(決定了參與的聲子數(shù))。因此，如何在現(xiàn)有的Er3VCe3+離子摻雜濃度配比基礎(chǔ)上，通過(guò)控制碲酸鹽玻璃基質(zhì)的最大聲子能量大小，使其匹配于Er37Ce3+離子間能量傳遞過(guò)程中存在的能量失配ΔΕ， 就有望使摻雜的Er37Ce3+離子間達(dá)到一種更為有效的能量傳遞狀態(tài)，從而再次有效提高 Er3+離子1. 55 μ m波段的熒光發(fā)射強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有合適的最大聲子能量分布，使其匹配于Er3VCe3+離子間能量傳遞過(guò)程中存在的能量失配，從而在給定的Er3YCe3+離子摻雜濃度下能使兩者間處于一種更為有效的能量傳遞狀態(tài)，能再次有效提高Er3+離子1. 55 μ m波段的熒光發(fā)射強(qiáng)度的Er37Ce3+共摻的碲鉍鈦玻璃及其制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻
璃，其特征在于該玻璃的摩爾百分比組分為
組分mol%TeO265- 80Bi2O35--15TiO25--15SiO2 或 B2O3SiO2:0 12B2O30—4.5Er2O30.1- 1.0Ce2O30 -2.0所述的TeA和所述的Er2O3的純度均為99. 99%,所述的Bi2O3、所述的TW2和所述的SiO2的純度均為99.9%。所述的( 由( (CO3) 3轉(zhuǎn)換得到，所述的化03由H3BO3轉(zhuǎn)換得到。所述的( (CO3)3的純度為99. 99%,所述的H3BO3的純度為99. 9%。一種Er3VCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟①按照下列的玻璃的摩爾百分比組分選定原料配方，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算出各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料；
組分mol%
TeO265- 80Bi2O35--15TiO25--15SiO2:0 12SiO2 或 B2O3B2O30—4.5Er2O30.1- 1.0Ce2O30 -2.0②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、TiO2, SiO2, B2O3> Er2O3和( 粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度為900 1IOO0C，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制5 10分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌20 25分鐘后停止，再繼續(xù)在900 1100°C的溫度下熔制3 5分鐘，以澄清熔制得到的玻璃熔液；在此，前后熔制時(shí)間與攪拌時(shí)間和需達(dá)到30分鐘或以上；③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模 t- ④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。所述的步驟④中退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C/小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。所述的TeA和所述的Er2O3的純度均為99. 99%,所述的Bi203、所述的TW2和所述的SiO2的純度均為99.9%。所述的( 由( (CO3) 3轉(zhuǎn)換得到，所述的化03由H3BO3轉(zhuǎn)換得到。所述的( (CO3)3的純度為99. 99%,所述的H3BO3的純度為99. 9%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于以常規(guī)的聲子能量低、稀土離子溶解度大的重金屬氧化碲(TeO2)為玻璃主要組分，同時(shí)加入一定量的重金屬氧化鉍(Bi2O3)組分以及氧化鈦(TiO2)組分，以提高玻璃的形成能力和物化穩(wěn)定性，在給定的Er37Ce3+離子摻雜濃度基礎(chǔ)上，再通過(guò)引入適當(dāng)含量的高聲子能量氧化硅(SiO2)或氧化硼(B2O3)組分，來(lái)控制玻璃基質(zhì)的最大聲子能量分布，使其更好地匹配于Er3YCe3+離子間能量傳遞過(guò)程中存在的能量失配Δ Ε,從而使得Er3VCe3+離子間處于一種更為有效的能量傳遞狀態(tài)，進(jìn)而再次有效提高玻璃中摻雜Er3+離子1. 55 μ m波段的熒光發(fā)射強(qiáng)度，同時(shí)具有較寬的1. 55 μ m波段熒光譜寬。本發(fā)明的Er37Ce3+共摻碲鉍鈦玻璃透明穩(wěn)定、物化性能優(yōu)良，適合于作為C+L波段 (1530 ieiOnm)寬帶、緊湊型光纖放大器的增益基質(zhì)。本發(fā)明方法采用普通的硅碳棒電爐熔制和馬弗爐通火，制作過(guò)程中所采用的設(shè)備少且成本低，非常適合于實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。


圖1為實(shí)施例一、實(shí)施例三和實(shí)施例五所述的碲鉍鈦玻璃1. 55 μ m波段的熒光譜；圖2為實(shí)施例一、實(shí)施例六和實(shí)施例七所述的碲鉍鈦玻璃1. 55 μ m波段的熒光譜。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例一本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為組分mol%
TeO278.75
Bi2O310
TiO210
SiO2O
Er2O30.5
Ce2O30.75在此具體實(shí)施例中，TeO2和Er2O3的純度均為99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的純度均為99. 9% ；在此，Ce2O3由Cii2(CO3)3轉(zhuǎn)換得到，Ce2 (CO3) 3的純度為99. 99% 0在此具體實(shí)施例中，高聲子能量組分S^2也可用其他高聲子能量的氧化物替代， 如化03等。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按78. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、0mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為900 1000°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制5分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌20分鐘后停止，再繼續(xù)在900 1000°C左右的溫度下熔制5分鐘左右，進(jìn)行澄清。在實(shí)際熔制過(guò)程中，前后熔制時(shí)間與攪拌時(shí)間和需達(dá)到30分鐘或以上，這樣能夠得到熔制均勻的玻璃熔液。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°C下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。實(shí)施例二 本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為組分mol%
TeO275.75
Bi2O310
TiO210
SiO23
Er2O30.5
Ce2O30.75在此實(shí)施例中，TeO2和Er2O3的純度均為99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的純度均為 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 轉(zhuǎn)換得到，Ce2(CO3)3 的純度為 99. 99%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按75. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、3mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1000 1100°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制10分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌21分鐘后停止，再繼續(xù)在1000 1100°C左右的溫度下熔制3分鐘
左右，進(jìn)行澄清。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°C下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。實(shí)施例三本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為
組分mol%TeO272.75Bi2O310TiO210SiO26Er2O30.5Ce2O30.75在此實(shí)施例中，TeO2和Er2O3的純度均為99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的純度均為 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 轉(zhuǎn)換得到，Ce2(CO3)3 的純度為 99. 99%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下
①按72. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、6mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1000 1100°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌22分鐘后停止，再繼續(xù)在1000 1100°C左右的溫度下熔制4分鐘
左右，進(jìn)行澄清。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。實(shí)施例四本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為
組分mol%TeO269.75Bi2O310TiO210SiO29Er2O30.5Ce2O30.75在此實(shí)施例中，TeO2和Er2O3的純度均為99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的純度均為 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 轉(zhuǎn)換得到，Ce2(CO3)3 的純度為 99. 99%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按69. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、9mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1000 1100°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制6分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌23分鐘后停止，再繼續(xù)在1000 1100°C左右的溫度下熔制5分鐘
左右，進(jìn)行澄清。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。
④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°c左右。實(shí)施例五本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為
組分mol%TeO266.75Bi2O310TiO210SiO212Er2O30.5Ce2O30.75在此實(shí)施例中，TeO2和Er2O3的純度均為99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的純度均為 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 轉(zhuǎn)換得到，Ce2(CO3)3 的純度為 99. 99%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按66. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、12mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1000 1100°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制5分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌M分鐘后停止，再繼續(xù)在1000 1100°C左右的溫度下熔制4分鐘
左右，進(jìn)行澄清。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。實(shí)施例六本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為組分mol%
TeO277.25
Bi2O310
TiO210
B2O31.5
Er2O30.5
Ce2O30.75在此實(shí)施例中，TeR和Er2O3的純度均為99. 99 %，Bi2O3和TiR的純度均為99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3轉(zhuǎn)換得到，Ce2 (CO3) 3的純度為99. 99%;B203由H3BO3轉(zhuǎn)換得到，H3BO3的純度為99.9%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按77. 25mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 TiO2U. 5mol % 的 B203、 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1000 1100°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制5分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌23分鐘后停止，再繼續(xù)在1000 1100°C左右的溫度下熔制5分鐘
左右，進(jìn)行澄清。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。實(shí)施例七本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為
組分mol%TeO275.75Bi2O310TiO210B2O33Er2O30.5Ce2O30.75 在此實(shí)施例中，TeR和Er2O3的純度均為99. 99 %，Bi2O3和TiR的純度均為99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3轉(zhuǎn)換得到，Ce2 (CO3) 3的純度為99. 99%;B203由H3BO3轉(zhuǎn)換得到，H3BO3的純度為99.9%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按75. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 TiO2Jmol % 的 B203、 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1000 1100°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌M分鐘后停止，再繼續(xù)在1000 1100°C左右的溫度下熔制4分鐘
左右，進(jìn)行澄清。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。實(shí)施例八本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為
組分mol%
TeO274.25
Bi2O310
TiO210
B2O34.5
Er2O30.5
Ce2O30.75在此實(shí)施例中，TeR和Er2O3的純度均為99. 99 %，Bi2O3和TiR的純度均為99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3轉(zhuǎn)換得到，Ce2 (CO3) 3的純度為99. 99%;B203由H3BO3轉(zhuǎn)換得到，H3BO3的純度為99.9%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按74. 25mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 TiO2,4. 5mol % 的 B203、 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1000 1100°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制9分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌25分鐘后停止，再繼續(xù)在1000 1100°C左右的溫度下熔制3分鐘
左右，進(jìn)行澄清。
③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°c下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°c左右。對(duì)上述各個(gè)實(shí)施例中由步驟④制備得到的透明的Er3VCe3+共摻碲鉍鈦玻璃樣品進(jìn)行研磨拋光，制成IOmmXlOmmXlmm的樣品，在激光二極管980nm波長(zhǎng)泵浦下分別對(duì)各個(gè)樣品進(jìn)行熒光譜測(cè)試和分析。圖1給出了實(shí)施例一、實(shí)施例三和實(shí)施例五所述的碲鉍鈦玻璃1. 55 μ m波段的熒光譜，圖2為實(shí)施例一、實(shí)施例六和實(shí)施例七所述的碲鉍鈦玻璃 1.55ym波段的熒光譜，圖1和圖2中a. u.表示任意單位。實(shí)施例一、實(shí)施例二、實(shí)施例三、實(shí)施例四和實(shí)施例五的碲鉍鈦玻璃都弓丨入了高聲子能量組分SiO2,但實(shí)施例一的碲鉍鈦玻璃引入的高聲子能量組分SiO2的摩爾百分比為0， 由熒光譜測(cè)試和分析可知，在給定的Er37Ce3+離子摻雜濃度基礎(chǔ)上，通過(guò)引入高聲子能量組分SiO2,進(jìn)行玻璃基質(zhì)聲子能量的優(yōu)化處理后，實(shí)施例二、實(shí)施例三、實(shí)施例四和實(shí)施例五的碲鉍鈦玻璃中的Er3+離子1. 55 μ m波段熒光發(fā)射積分強(qiáng)度分別提高了 8%、13%、61 % 和50%左右。而引入高聲子能量組分化03的實(shí)施例六、實(shí)施例七和實(shí)施例八的碲鉍鈦玻璃中的Er3+離子1.55 μ m波段熒光發(fā)射積分強(qiáng)度分別提高了 36%、17%和11%左右。實(shí)施例二、實(shí)施例三、實(shí)施例四、實(shí)施例五、實(shí)施例六、實(shí)施例七和實(shí)施例八的碲鉍鈦玻璃的Er3+離子1. 55 μ m波段熒光半高寬分別為64nm、63nm、64nm、67nm、61nm、65nm和 65nm,是傳統(tǒng)的石英玻璃基質(zhì)的2倍左右，與實(shí)施例一的碲鉍鈦玻璃相比，分別展寬了 8nm、 7nm,8nmUlnm,5nm,9nm和9nm，從而使該種碲鉍鈦玻璃在C+L波段寬帶放大器領(lǐng)域具備了極好的應(yīng)用前景。實(shí)施例九本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為
組分mol%TeO280Bi2O39.3TiO25SiO25Er2O30.2Ce2O30.5在此實(shí)施例中，TeO2和Er2O3的純度均為99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的純度均為 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 轉(zhuǎn)換得到，Ce2(CO3)3 的純度為 99. 99%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按80mol % 的 TeO2,9. 3mol % 的 Bi203、5mol % 的 Ti02、5mol % 的 Si02、0. 2mol % 的 Er2OdPO. 5mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1050°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌20分鐘后停止，再繼續(xù)在1050°C左右的溫度下熔制5分鐘左右，進(jìn)行澄清。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。實(shí)施例十本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為
組分mol%TeO268Bi2O35TiO215SiO29Er2O31Ce2O32在此實(shí)施例中，TeO2和Er2O3的純度均為99. 99%, Bi2O3、TiO2和SiO2的純度均為 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 轉(zhuǎn)換得到，Ce2(CO3)3 的純度為 99. 99%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按68mol % 的 Te02、5mol % 的 Bi203、15mol % 的 Ti02、9mol % 的 SiO2Umol % 的 Er2O3和2mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1080°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌23分鐘后停止，再繼續(xù)在1080°C左右的溫度下熔制3分鐘左右，進(jìn)行澄清。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。
實(shí)施例i^一本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為
組分mol%TeO268Bi2O315TiO213B2O32Er2O30.7Ce2O31.3在此實(shí)施例中，TeR和Er2O3的純度均為99. 99 %，Bi2O3和TiR的純度均為99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3轉(zhuǎn)換得到，Ce2 (CO3) 3的純度為99. 99%;B203由H3BO3轉(zhuǎn)換得到，H3BO3的純度為99.9%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按68mol % 的 TeO2,15mol % 的 Bi203、13mol % 的 Ti02、2mol % 的 Β203、0· 7mol % 的 Er2O3和1.3m0l%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比， 并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1000°c左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制10分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌M分鐘后停止，再繼續(xù)在1000°c左右的溫度下熔制5分鐘左右，進(jìn)行澄清。 由于攪拌后剛玉坩堝的四周邊上會(huì)有一些玻璃熔液，因此在攪拌后繼續(xù)熔制一會(huì)兒以使剛玉坩堝的四周邊上的玻璃熔液流下達(dá)到穩(wěn)定。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。實(shí)施例十二本實(shí)施例提出的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其摩爾百分比組分為組分mol%
TeO268
Bi2O315
TiO211
B2O34.2
Er2O30.9
Ce2O30.9在此實(shí)施例中，TeA和Er2O3的純度均為99. 99 %，Bi2O3和TiR的純度均為99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3轉(zhuǎn)換得到，Ce2 (CO3) 3的純度為99. 99%;B203由H3BO3轉(zhuǎn)換得到，H3BO3的純度為99.9%。制備上述的Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的方法的具體步驟如下①按68mol % 的 iTeO2、15mol% 的 Bi203、Ilmol % 的 Ti02、4. 2mol % 的 B2O3、0· 9mol % 的Er2O3和0. 9mol%的Ce2O3配比，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料。②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度可設(shè)為1020°C左右，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制10分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌25分鐘后停止，再繼續(xù)在1020°C左右的溫度下熔制4分鐘左右，進(jìn)行澄清。 由于攪拌后剛玉坩堝的四周邊上會(huì)有一些玻璃熔液，因此在攪拌后繼續(xù)熔制一會(huì)兒以使剛玉坩堝的四周邊上的玻璃熔液流下達(dá)到穩(wěn)定。③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上。在此，預(yù)熱過(guò)的銅板模具的溫度大致在250°C左右。④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度 10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。在此，退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10°c下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至100°C左右。
權(quán)利要求
1.一種Er37Ce3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其特征在于該玻璃的摩爾百分比組分為 組分mol%TeO265 80Bi2O35 15TiO25 15^SiO2= O 12°SiO2 或 B2O3B2O3: O 4.5 Er2O30.1 1.0Ce2O30—2.0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其特征在于所述的TeO2 和所述的Er2O3的純度均為99. 99%，所述的Bi2O3、所述的TW2和所述的SW2的純度均為 99. 9%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種Er37Ce3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其特征在于所述的 Ce2O3由( (CO3) 3轉(zhuǎn)換得到，所述的化03由H3BO3轉(zhuǎn)換得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Er3VCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃，其特征在于所述的 Ce2(CO3)3的純度為99. 99%,所述的H3BO3的純度為99. 9%。
5.一種Er37Ce3+共摻的碲鉍鈦玻璃的制備方法，其特征在于包括以下步驟①按照下列的玻璃的摩爾百分比組分選定原料配方，然后根據(jù)所需制備的玻璃的總量計(jì)算出各原料的重量百分比，并稱(chēng)量各原料；組分mol%TeO265 80Bi2O35 15TiO25 154SiO2= O 12SiO2 或 B2O3B2O3: O 4.5 Er2O30.1 1.0Ce2O30—2.0②將所稱(chēng)量的分析純的Te02、Bi203、Ti02、Si02、B203、Er203和( 粉末狀原料混合均勻后，放入剛玉坩堝中；然后在硅碳棒電爐中對(duì)盛放于剛玉坩堝中的原料混合物進(jìn)行熔制，熔制溫度為900 1100°C，待剛玉坩堝中的原料混合物完全熔化后，再熔制5 10分鐘后進(jìn)行均勻攪拌；攪拌20 25分鐘后停止，再繼續(xù)在900 1100°C的溫度下熔制3 5分鐘， 以澄清熔制得到的玻璃熔液；③取出經(jīng)過(guò)步驟②熔制得到的玻璃熔液，然后將玻璃熔液澆注在預(yù)熱過(guò)的銅板模具上；④迅速將澆注有玻璃熔液的銅板模具放入到已升溫至低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度10°C下的馬弗爐中進(jìn)行退火，退火結(jié)束后關(guān)閉馬弗爐，待馬弗爐自動(dòng)降溫至室溫后取出制備得到的碲鉍鈦玻璃樣品。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種Er3VCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的制備方法，其特征在于所述的步驟④中退火的過(guò)程為先將澆注有玻璃熔液的銅板模具置于低于玻璃材料轉(zhuǎn)變溫度10°C下的馬弗爐中保溫2小時(shí)，然后再以10°C /小時(shí)的速率使馬弗爐中的溫度降溫至 100 °c左右。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種Er3YCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的制備方法，其特征在于所述的iTeA和所述的Er2O3的純度均為99. 99%,所述的Bi2O3、所述的TW2和所述的SW2 的純度均為99.9%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種Er3VCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的制備方法，其特征在于所述的( 由( (CO3) 3轉(zhuǎn)換得到，所述的化03由H3BO3轉(zhuǎn)換得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種Er3VCe3+共摻的碲鉍鈦玻璃的制備方法，其特征在于所述的Ce2 (CO3)3的純度為99. 99%,所述的H3BO3的純度為99. 9%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Er3+/Ce3+共摻的碲鉍鈦玻璃及其制備方法，該玻璃的摩爾百分比組分為T(mén)eO265～80mol％、Bi2O35～15mol％、TiO25～15mol％、SiO20～12mol％或B2O30～4.5mol％、Er2O30.1～1.0mol％、Ce2O30～2.0mol％，本發(fā)明以常規(guī)的聲子能量低、稀土離子溶解度大的重金屬TeO2為玻璃主要組分，同時(shí)加入一定量的重金屬Bi2O3組分以及TiO2組分，以提高玻璃的形成能力和物化穩(wěn)定性，在給定的Er3+/Ce3+離子摻雜濃度基礎(chǔ)上，再通過(guò)引入適量高聲子能量SiO2或B2O3組分，來(lái)控制玻璃基質(zhì)的最大聲子能量分布，使其更好地匹配于Er3+/Ce3+離子間能量傳遞過(guò)程中存在的能量失配，從而使得Er3+/Ce3+離子間處于一種更為有效的能量傳遞狀態(tài)，進(jìn)而再次有效提高了玻璃中摻雜Er3+離子1.55μm波段的熒光發(fā)射強(qiáng)度，同時(shí)具有較寬的熒光譜寬。
文檔編號(hào)C03C3/155GK102515513SQ201110402520
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者周亞訓(xùn), 徐星辰, 楊高波, 王森, 陳芬 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)