专利名称：含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃及其制备方法
含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃及其制备方法技术领域
本发明属于无机非金属类光电信息与功能材料领域，涉及一种可作为1.2 1. 6 μ m波段激光器被动Q开关的含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃及其制备方法。
背景技术：
调Q输出是一种具有重要作用的激光技术。与机械、电光和声光调Q等主动方式 相比，被动调Q不需要外部电控制等其它附件，更容易被集成到激光器系统中，因而可以使 全固态激光器件结构更紧凑、更简单、成本更低。适合1. 35 μ m和1. 54 μ m波段的被动Q开 关主要有掺 Co2+ 单晶材料，如 Co2+ YAG,YSGG,ZnSe,ZnS,LaMgAln019 (LMA)和 MgAl2O4(MALO) 等。其中，掺Co2+尖晶石是目前调Q性能较优异的材料。(参见先技术YUMASHEV K V， DENISOY I A, POSNOV N N, et a 1.Excited state absorption and passive Q-switch performance of Co2+doped oxide crystals[J]. J Alloy Compd 2002,341 :366-370.)
近年来，掺Co2+纳米微晶玻璃开始应用于1. ；35 μ m掺Nd3+激光器和1. 54 μ m掺Er3+ 激光器的被动调Q，这类纳米微晶玻璃中含有析出的尖晶石结构(如LG0，MAL0和ZnAl2O4) 纳米晶，进入纳米晶内的Co2+就是实现调Q输出的可饱和吸收中心。与掺Co2+晶体相比，掺 Co2+纳米微晶玻璃具有更大的基态吸收截面，更容易实现被动调Q输出。从已获得的输出来 看，比掺Co2+晶体更为优异，如脉宽达到70ns、调Q效率可达18%。(参见先技术V0LK Y V,MALYAREVICH A Μ,YUMASHEV K V,et al. Passive Q-switching of erbium glass laser by magnesium aluminosilicate sitall with cobalt ions[J]. J Appl Spectrosc,2007, 74(1) :140-146.)
掺Co2+纳米微晶玻璃可以通过对硅酸盐玻璃进行热处理获得，基质玻璃的组分以 SiO2和Al2O3为主，熔制温度高，导致制备工艺过程有一定困难，也较难获得很好的光学均 勻性。这将增加掺Co2+纳米微晶玻璃的光学损耗，直接影响到掺铒激光器的输出性能。发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种含氧化镧的掺钴镁铝硅基 纳米微晶玻璃及其制备方法，以降低玻璃的转变温度和粘度，有利于成型光学均勻性较好 的基质玻璃，为1. 2-1. 6 μ m波段，尤其是1. 35 μ m掺Nd3+激光器和l.Mym掺Er3+激光器 被动Q开关提供优质玻璃材料。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的
—种含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃，特点在于该基体玻璃的摩尔百分比 组成为
SiO2 45 5mol %，Al2O3 18 25mol %，MgO 18 25mol %，TiO2 4 8mol %， ZrO2 :1. 5 3. 5mol%, La2O3 :0. 1 1. 2mol%, CoO :0. 1 Imol%。
一种含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃的制备方法，特点是该方法包括下列 步骤
①按基质玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃的重量百分比，然后称取原料，混合 均勻，形成混合料；
②将所述的混合料放入坩埚中，置于1550 1580°C的硅钼棒电炉中进行熔化，熔 化时间为2 8小时；
③退火玻璃浇出后放入已升温至玻璃转变温度的马弗炉中，保温3小时后，以 5 10°C /小时的降温速率降至200°C，再随炉冷却至室温；
④将退火后的基质玻璃升温至750 820°C，保温8 16小时，然后继续升温至 900 950°C，保温2 8小时，获得纳米微晶玻璃。
所述的含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃可用于1. 2 1.6 μ m波段激光器 被动Q开关。
本发明的技术效果
本发明在掺钴镁铝硅基质玻璃中加入少量氧化镧后，显著降低了玻璃的转变温度 和黏度，测试表明玻璃转变温度可降低30 50°C，有利于成型光学均勻性较好的基质玻 璃，同时对玻璃的热膨胀系数、机械性能和化学稳定性等影响很小，对纳米晶析出的影响也 很小。该玻璃可用作1. 2-1. 6 μ m波段，尤其是1. 35 μ m掺Nd3+激光器和1. 54 μ m掺Er3+激 光器的被动Q开关。
图1为本发明中实施例4#所获得的基质玻璃和纳米微晶玻璃的吸收光谱，样品厚 度为1mm。
图2为本发明中实施例4#制备的纳米微晶玻璃的XRD衍射图谱。经与标准衍射 图谱进行比对，析出的晶相为MgAl2O4或CoA1204。
具体实施方式
下面结合附图和表1所列的具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但不 应以此限制本发明的保护范围。
表1 具体实施例玻璃组成及玻璃转变温度和热处理工艺
权利要求
1.一种含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃，特征在于该玻璃的摩尔百分比组成 为=SiO2 45 5mol%,Al2O3 :18 25mol%,Mg0 :18 25mo 1%,Τ 02 :4 8mol%,Zr02 1. 5 3. 5mol%, La2O3 :0. 1 1. 2mol%, CoO :0. 1 Imol%。
2.权利要求1所述的含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃的制备方法，其特征在于 包括下列步骤①按基质玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃的重量百分比，然后称取原料，混合均勻， 形成混合料；②将所述的混合料放入坩埚中，置于1550 1580°C的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时 间为2 8小时；③退火玻璃浇出后放入已升温至玻璃转变温度的马弗炉中，保温3小时后，以5 IO0C /小时的降温速率降至200°C，再随炉冷却至室温；④将退火后的基质玻璃升温至750 820°C，保温8 16小时，然后继续升温至900 9500C，保温2 8小时，获得纳米微晶玻璃。
3.根据权利要求1所述的含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃，其特征在于适用于 1. 2 1. 6 μ m波段激光器被动Q开关。
全文摘要
一种含氧化镧的掺钴镁铝硅基纳米微晶玻璃及其制备方法，其基质玻璃的摩尔百分比组成为SiO245～5mol％，Al2O318～25mol％，MgO18～25mol％，TiO24～8mol％，ZrO21.5～3.5mol％，La2O30.1～1.2mol％，CoO0.1～1mol％。其制备方法是先在1520-1550℃熔制基质玻璃，随后对基质玻璃进行两步法热处理，从而获得透明的含尖晶石纳米晶的微晶玻璃。本发明显著降低了玻璃的转变温度和粘度，有利于成型光学均匀性较好的基质玻璃。该玻璃可用作1.2-1.6μm波段，尤其是1.35μm掺Nd3+激光器和1.54μm掺Er3+激光器的被动Q开关。
文档编号C03C10/02GK102030476SQ20101053067
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者于春雷, 胡丽丽, 陈伟, 陈力 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所