一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法

专利名称：一种Er³⁺/Ce³⁺共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光纤放大器的玻璃及其制备技术，尤其是涉及一种Er3VCe3+ 共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法。
背景技术：
稀土 Er3+离子掺杂的碲酸盐玻璃作为第三通信窗口( 1. 55 μ m)的激光增益介质已引起人们的广泛关注和研究。相对于传统的石英玻璃，碲酸盐玻璃的最大特点在于掺杂Er3+离子在1. 55 μ m波段处具有更大的受激发射截面，以及对稀土 Er3+离子具有更好的溶解性，非常适合作为C+L波段(1530 ieiOnm)宽带、紧凑型掺Er3+光纤放大器的基质材料。为实现高输出功率和低噪声系数的放大，工作于1. 55 μ m波段的掺Er3+光纤放大器大都采用980nm波长的泵浦方案。然而，对于常规组分的掺Er3+碲酸盐玻璃而言，980nm的泵浦效率并不是十分理想，原因主要在于碲酸盐玻璃基质的声子能量较低(一般在750CHT1 左右)，这样使得抽运到泵浦能级(4111/2)上的Er3+离子很难通过多声子弛豫过程快速返回到亚稳态能级(％3/2)参与1.55 μ m波段荧光发射，从而导致该能级上的Er3+离子出现激发态吸收现象(即再次吸收泵浦光子跃迁到更高能级)。激发态吸收现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转化成为1. 55 μ m波段荧光。因此，为了抑制激发态吸收提高1. 55 μ m波段荧光发射强度，必须尽可能加快4Iiv2能级上的Er3+离子向4Iiv2能级的无辐射跃迁速率。目前，采取的方案主要是在掺Er3+碲酸盐玻璃中引入能量接受离子，例如引入Ce3+离子进行共掺，利用Er3+离子4Iiv2能级与Ce3+离子 2F5/2 能级间的能量传递过程(Er3+:4I11/2+Ce3+:2F5/2 — Er3+:4I13/2+Ce3+:2F7/2)，来提高 Er3+离子— %3/2能级间的无辐射跃迁速率。然而，稀土 Ce3+离子的4f组态仅由基态2F5/2和激发态2F7/2两个能级组成。掺 Er3VCe3+碲酸盐玻璃中Ce3+离子由基态2F5/2到激发态2F7/2的光谱吸收峰位于2150CHT1 和MOOcnT1附近，而Er3+离子由泵浦能级4111/2到亚稳态能级4Iiv2的光谱发射峰大约在 3600cm-1处。显然，Ce3+离子2F5/2 — 2F772能级间的吸收光谱和Er3+离子4111/2 — 4I1372能级间的发射光谱并非理想的相互重叠，存在着大约1200- 1450(3!^1的能量失配ΔE，这个能量失配ΔΕ需要由玻璃基质声子参与来补偿。因此，掺Er37Ce3+碲酸盐玻璃中Er3YCe3+离子之间的能量传递是一种非共振的能量传递过程，即是一种基于声子辅助的能量传递过程。显然，该能量传递过程的传递速率不仅取决于进行能量传递的参与者施主Er3+离子和受主 Ce3+离子的掺杂浓度(决定了两者相互作用距离)，而且还取决于起到桥梁作用的玻璃基质声子最大声子能量(决定了参与的声子数)。因此，如何在现有的Er3VCe3+离子掺杂浓度配比基础上，通过控制碲酸盐玻璃基质的最大声子能量大小，使其匹配于Er37Ce3+离子间能量传递过程中存在的能量失配ΔΕ， 就有望使掺杂的Er37Ce3+离子间达到一种更为有效的能量传递状态，从而再次有效提高 Er3+离子1. 55 μ m波段的荧光发射强度。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有合适的最大声子能量分布，使其匹配于Er3VCe3+离子间能量传递过程中存在的能量失配，从而在给定的Er3YCe3+离子掺杂浓度下能使两者间处于一种更为有效的能量传递状态，能再次有效提高Er3+离子1. 55 μ m波段的荧光发射强度的Er37Ce3+共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻
璃，其特征在于该玻璃的摩尔百分比组分为
组分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的纯度均为99. 99%,所述的Bi2O3、所述的TW2和所述的SiO2的纯度均为99.9%。所述的( 由( (CO3) 3转换得到，所述的化03由H3BO3转换得到。所述的( (CO3)3的纯度为99. 99%,所述的H3BO3的纯度为99. 9%。一种Er3VCe3+共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤①按照下列的玻璃的摩尔百分比组分选定原料配方，然后根据所需制备的玻璃的总量计算出各原料的重量百分比，并称量各原料；
组分mol%
TeO265- 80Bi2O35--15TiO25--15SiO2:0 12SiO2 或 B2O3B2O30—4.5Er2O30.1- 1.0Ce2O30 -2.0②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、TiO2, SiO2, B2O3> Er2O3和( 粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度为900 1IOO0C，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5 10分钟后进行均勻搅拌；搅拌20 25分钟后停止，再继续在900 1100°C的温度下熔制3 5分钟，以澄清熔制得到的玻璃熔液；在此，前后熔制时间与搅拌时间和需达到30分钟或以上；③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模 t- ④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。所述的步骤④中退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C/小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。所述的TeA和所述的Er2O3的纯度均为99. 99%,所述的Bi203、所述的TW2和所述的SiO2的纯度均为99.9%。所述的( 由( (CO3) 3转换得到，所述的化03由H3BO3转换得到。所述的( (CO3)3的纯度为99. 99%,所述的H3BO3的纯度为99. 9%。与现有技术相比，本发明的优点在于以常规的声子能量低、稀土离子溶解度大的重金属氧化碲(TeO2)为玻璃主要组分，同时加入一定量的重金属氧化铋(Bi2O3)组分以及氧化钛(TiO2)组分，以提高玻璃的形成能力和物化稳定性，在给定的Er37Ce3+离子掺杂浓度基础上，再通过引入适当含量的高声子能量氧化硅(SiO2)或氧化硼(B2O3)组分，来控制玻璃基质的最大声子能量分布，使其更好地匹配于Er3YCe3+离子间能量传递过程中存在的能量失配Δ Ε,从而使得Er3VCe3+离子间处于一种更为有效的能量传递状态，进而再次有效提高玻璃中掺杂Er3+离子1. 55 μ m波段的荧光发射强度，同时具有较宽的1. 55 μ m波段荧光谱宽。本发明的Er37Ce3+共掺碲铋钛玻璃透明稳定、物化性能优良，适合于作为C+L波段 (1530 ieiOnm)宽带、紧凑型光纤放大器的增益基质。本发明方法采用普通的硅碳棒电炉熔制和马弗炉通火，制作过程中所采用的设备少且成本低，非常适合于实际生产中的应用。


图1为实施例一、实施例三和实施例五所述的碲铋钛玻璃1. 55 μ m波段的荧光谱；图2为实施例一、实施例六和实施例七所述的碲铋钛玻璃1. 55 μ m波段的荧光谱。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例一本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为组分mol%
TeO278.75
Bi2O310
TiO210
SiO2O
Er2O30.5
Ce2O30.75在此具体实施例中，TeO2和Er2O3的纯度均为99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的纯度均为99. 9% ；在此，Ce2O3由Cii2(CO3)3转换得到，Ce2 (CO3) 3的纯度为99. 99% 0在此具体实施例中，高声子能量组分S^2也可用其他高声子能量的氧化物替代， 如化03等。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下①按78. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、0mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为900 1000°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5分钟后进行均勻搅拌；搅拌20分钟后停止，再继续在900 1000°C左右的温度下熔制5分钟左右，进行澄清。在实际熔制过程中，前后熔制时间与搅拌时间和需达到30分钟或以上，这样能够得到熔制均勻的玻璃熔液。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°C下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。实施例二 本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为组分mol%
TeO275.75
Bi2O310
TiO210
SiO23
Er2O30.5
Ce2O30.75在此实施例中，TeO2和Er2O3的纯度均为99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的纯度均为 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 转换得到，Ce2(CO3)3 的纯度为 99. 99%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下①按75. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、3mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000 1100°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制10分钟后进行均勻搅拌；搅拌21分钟后停止，再继续在1000 1100°C左右的温度下熔制3分钟
左右，进行澄清。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°C下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。实施例三本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为
组分mol%TeO272.75Bi2O310TiO210SiO26Er2O30.5Ce2O30.75在此实施例中，TeO2和Er2O3的纯度均为99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的纯度均为 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 转换得到，Ce2(CO3)3 的纯度为 99. 99%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下
①按72. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、6mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000 1100°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分钟后进行均勻搅拌；搅拌22分钟后停止，再继续在1000 1100°C左右的温度下熔制4分钟
左右，进行澄清。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。实施例四本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为
组分mol%TeO269.75Bi2O310TiO210SiO29Er2O30.5Ce2O30.75在此实施例中，TeO2和Er2O3的纯度均为99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的纯度均为 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 转换得到，Ce2(CO3)3 的纯度为 99. 99%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下①按69. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、9mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000 1100°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制6分钟后进行均勻搅拌；搅拌23分钟后停止，再继续在1000 1100°C左右的温度下熔制5分钟
左右，进行澄清。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。
④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°c左右。实施例五本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为
组分mol%TeO266.75Bi2O310TiO210SiO212Er2O30.5Ce2O30.75在此实施例中，TeO2和Er2O3的纯度均为99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的纯度均为 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 转换得到，Ce2(CO3)3 的纯度为 99. 99%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下①按66. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 Ti02、12mol % 的 SiO2, 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000 1100°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5分钟后进行均勻搅拌；搅拌M分钟后停止，再继续在1000 1100°C左右的温度下熔制4分钟
左右，进行澄清。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。实施例六本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为组分mol%
TeO277.25
Bi2O310
TiO210
B2O31.5
Er2O30.5
Ce2O30.75在此实施例中，TeR和Er2O3的纯度均为99. 99 %，Bi2O3和TiR的纯度均为99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3转换得到，Ce2 (CO3) 3的纯度为99. 99%;B203由H3BO3转换得到，H3BO3的纯度为99.9%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下①按77. 25mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 TiO2U. 5mol % 的 B203、 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000 1100°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5分钟后进行均勻搅拌；搅拌23分钟后停止，再继续在1000 1100°C左右的温度下熔制5分钟
左右，进行澄清。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。实施例七本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为
组分mol%TeO275.75Bi2O310TiO210B2O33Er2O30.5Ce2O30.75 在此实施例中，TeR和Er2O3的纯度均为99. 99 %，Bi2O3和TiR的纯度均为99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3转换得到，Ce2 (CO3) 3的纯度为99. 99%;B203由H3BO3转换得到，H3BO3的纯度为99.9%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下①按75. 75mol % 的 TeO2UOmol % 的 Bi2O3UOmol % 的 TiO2Jmol % 的 B203、 0. 5mol%的Er2O3和0. 75mol%的Ce2O3配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000 1100°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分钟后进行均勻搅拌；搅拌M分钟后停止，再继续在1000 1100°C左右的温度下熔制4分钟
左右，进行澄清。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。实施例八本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为
组分mol%
TeO274.25
Bi2O310
TiO210
B2O34.5
Er2O30.5
Ce2O30.75在此实施例中，TeR和Er2O3的纯度均为99. 99 %，Bi2O3和TiR的纯度均为99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3转换得到，Ce2 (CO3) 3的纯度为99. 99%;B203由H3BO3转换得到，H3BO3的纯度为99.9%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下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，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000 1100°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制9分钟后进行均勻搅拌；搅拌25分钟后停止，再继续在1000 1100°C左右的温度下熔制3分钟
左右，进行澄清。
③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°c下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°c左右。对上述各个实施例中由步骤④制备得到的透明的Er3VCe3+共掺碲铋钛玻璃样品进行研磨抛光，制成IOmmXlOmmXlmm的样品，在激光二极管980nm波长泵浦下分别对各个样品进行荧光谱测试和分析。图1给出了实施例一、实施例三和实施例五所述的碲铋钛玻璃1. 55 μ m波段的荧光谱，图2为实施例一、实施例六和实施例七所述的碲铋钛玻璃 1.55ym波段的荧光谱，图1和图2中a. u.表示任意单位。实施例一、实施例二、实施例三、实施例四和实施例五的碲铋钛玻璃都弓丨入了高声子能量组分SiO2,但实施例一的碲铋钛玻璃引入的高声子能量组分SiO2的摩尔百分比为0， 由荧光谱测试和分析可知，在给定的Er37Ce3+离子掺杂浓度基础上，通过引入高声子能量组分SiO2,进行玻璃基质声子能量的优化处理后，实施例二、实施例三、实施例四和实施例五的碲铋钛玻璃中的Er3+离子1. 55 μ m波段荧光发射积分强度分别提高了 8%、13%、61 % 和50%左右。而引入高声子能量组分化03的实施例六、实施例七和实施例八的碲铋钛玻璃中的Er3+离子1.55 μ m波段荧光发射积分强度分别提高了 36%、17%和11%左右。实施例二、实施例三、实施例四、实施例五、实施例六、实施例七和实施例八的碲铋钛玻璃的Er3+离子1. 55 μ m波段荧光半高宽分别为64nm、63nm、64nm、67nm、61nm、65nm和 65nm,是传统的石英玻璃基质的2倍左右，与实施例一的碲铋钛玻璃相比，分别展宽了 8nm、 7nm,8nmUlnm,5nm,9nm和9nm，从而使该种碲铋钛玻璃在C+L波段宽带放大器领域具备了极好的应用前景。实施例九本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为
组分mol%TeO280Bi2O39.3TiO25SiO25Er2O30.2Ce2O30.5在此实施例中，TeO2和Er2O3的纯度均为99. 99%, Bi203> TiO2和SW2的纯度均为 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 转换得到，Ce2(CO3)3 的纯度为 99. 99%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下①按80mol % 的 TeO2,9. 3mol % 的 Bi203、5mol % 的 Ti02、5mol % 的 Si02、0. 2mol % 的 Er2OdPO. 5mol%的Ce2O3配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1050°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分钟后进行均勻搅拌；搅拌20分钟后停止，再继续在1050°C左右的温度下熔制5分钟左右，进行澄清。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。实施例十本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为
组分mol%TeO268Bi2O35TiO215SiO29Er2O31Ce2O32在此实施例中，TeO2和Er2O3的纯度均为99. 99%, Bi2O3、TiO2和SiO2的纯度均为 99. 9% ；Ce2O3 由 Cii2(CO3)3 转换得到，Ce2(CO3)3 的纯度为 99. 99%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下①按68mol % 的 Te02、5mol % 的 Bi203、15mol % 的 Ti02、9mol % 的 SiO2Umol % 的 Er2O3和2mol%的Ce2O3配比，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、Si02、Er203和( 粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1080°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制7分钟后进行均勻搅拌；搅拌23分钟后停止，再继续在1080°C左右的温度下熔制3分钟左右，进行澄清。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。
实施例i^一本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为
组分mol%TeO268Bi2O315TiO213B2O32Er2O30.7Ce2O31.3在此实施例中，TeR和Er2O3的纯度均为99. 99 %，Bi2O3和TiR的纯度均为99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3转换得到，Ce2 (CO3) 3的纯度为99. 99%;B203由H3BO3转换得到，H3BO3的纯度为99.9%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下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，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比， 并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1000°c左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制10分钟后进行均勻搅拌；搅拌M分钟后停止，再继续在1000°c左右的温度下熔制5分钟左右，进行澄清。 由于搅拌后刚玉坩埚的四周边上会有一些玻璃熔液，因此在搅拌后继续熔制一会儿以使刚玉坩埚的四周边上的玻璃熔液流下达到稳定。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。实施例十二本实施例提出的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其摩尔百分比组分为组分mol%
TeO268
Bi2O315
TiO211
B2O34.2
Er2O30.9
Ce2O30.9在此实施例中，TeA和Er2O3的纯度均为99. 99 %，Bi2O3和TiR的纯度均为99. 9 % ； Ce2O3由Ce2 (CO3) 3转换得到，Ce2 (CO3) 3的纯度为99. 99%;B203由H3BO3转换得到，H3BO3的纯度为99.9%。制备上述的Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的方法的具体步骤如下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，然后根据所需制备的玻璃的总量计算各原料的重量百分比，并称量各原料。②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、B203、Er2O3和Ce2O3粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度可设为1020°C左右，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制10分钟后进行均勻搅拌；搅拌25分钟后停止，再继续在1020°C左右的温度下熔制4分钟左右，进行澄清。 由于搅拌后刚玉坩埚的四周边上会有一些玻璃熔液，因此在搅拌后继续熔制一会儿以使刚玉坩埚的四周边上的玻璃熔液流下达到稳定。③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上。在此，预热过的铜板模具的温度大致在250°C左右。④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度 10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。在此，退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度(Tg) 10°c下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至100°C左右。
权利要求
1.一种Er37Ce3+共掺的碲铋钛玻璃，其特征在于该玻璃的摩尔百分比组分为 组分mol%TeO265 80Bi2O35 15TiO25 15^SiO2= O 12°SiO2 或 B2O3B2O3: O 4.5 Er2O30.1 1.0Ce2O30—2.0
2.根据权利要求1所述的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其特征在于所述的TeO2 和所述的Er2O3的纯度均为99. 99%，所述的Bi2O3、所述的TW2和所述的SW2的纯度均为 99. 9%。
3.根据权利要求1或2所述的一种Er37Ce3+共掺的碲铋钛玻璃，其特征在于所述的 Ce2O3由( (CO3) 3转换得到，所述的化03由H3BO3转换得到。
4.根据权利要求3所述的一种Er3VCe3+共掺的碲铋钛玻璃，其特征在于所述的 Ce2(CO3)3的纯度为99. 99%,所述的H3BO3的纯度为99. 9%。
5.一种Er37Ce3+共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤①按照下列的玻璃的摩尔百分比组分选定原料配方，然后根据所需制备的玻璃的总量计算出各原料的重量百分比，并称量各原料；组分mol%TeO265 80Bi2O35 15TiO25 154SiO2= O 12SiO2 或 B2O3B2O3: O 4.5 Er2O30.1 1.0Ce2O30—2.0②将所称量的分析纯的Te02、Bi203、Ti02、Si02、B203、Er203和( 粉末状原料混合均勻后，放入刚玉坩埚中；然后在硅碳棒电炉中对盛放于刚玉坩埚中的原料混合物进行熔制，熔制温度为900 1100°C，待刚玉坩埚中的原料混合物完全熔化后，再熔制5 10分钟后进行均勻搅拌；搅拌20 25分钟后停止，再继续在900 1100°C的温度下熔制3 5分钟， 以澄清熔制得到的玻璃熔液；③取出经过步骤②熔制得到的玻璃熔液，然后将玻璃熔液浇注在预热过的铜板模具上；④迅速将浇注有玻璃熔液的铜板模具放入到已升温至低于玻璃材料转变温度10°C下的马弗炉中进行退火，退火结束后关闭马弗炉，待马弗炉自动降温至室温后取出制备得到的碲铋钛玻璃样品。
6.根据权利要求5所述的一种Er3VCe3+共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于所述的步骤④中退火的过程为先将浇注有玻璃熔液的铜板模具置于低于玻璃材料转变温度10°C下的马弗炉中保温2小时，然后再以10°C /小时的速率使马弗炉中的温度降温至 100 °c左右。
7.根据权利要求5或6所述的一种Er3YCe3+共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于所述的iTeA和所述的Er2O3的纯度均为99. 99%,所述的Bi2O3、所述的TW2和所述的SW2 的纯度均为99.9%。
8.根据权利要求7所述的一种Er3VCe3+共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于所述的( 由( (CO3) 3转换得到，所述的化03由H3BO3转换得到。
9.根据权利要求8所述的一种Er3VCe3+共掺的碲铋钛玻璃的制备方法，其特征在于所述的Ce2 (CO3)3的纯度为99. 99%,所述的H3BO3的纯度为99. 9%。
全文摘要
本发明公开了一种Er3+/Ce3+共掺的碲铋钛玻璃及其制备方法，该玻璃的摩尔百分比组分为TeO265～80mol％、Bi2O35～15mol％、TiO25～15mol％、SiO20～12mol％或B2O30～4.5mol％、Er2O30.1～1.0mol％、Ce2O30～2.0mol％，本发明以常规的声子能量低、稀土离子溶解度大的重金属TeO2为玻璃主要组分，同时加入一定量的重金属Bi2O3组分以及TiO2组分，以提高玻璃的形成能力和物化稳定性，在给定的Er3+/Ce3+离子掺杂浓度基础上，再通过引入适量高声子能量SiO2或B2O3组分，来控制玻璃基质的最大声子能量分布，使其更好地匹配于Er3+/Ce3+离子间能量传递过程中存在的能量失配，从而使得Er3+/Ce3+离子间处于一种更为有效的能量传递状态，进而再次有效提高了玻璃中掺杂Er3+离子1.55μm波段的荧光发射强度，同时具有较宽的荧光谱宽。
文档编号C03C3/155GK102515513SQ201110402520
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者周亚训, 徐星辰, 杨高波, 王森, 陈芬 申请人:宁波大学