一种碱金属镓酸盐玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及玻璃领域，尤其涉及一种碱金属镓酸盐玻璃及其制备方法。

背景技术：

近年来，随着光通信技术的发展和光电子器件的广泛应用以及集成光学概念的提出，现在用于波分复用(wavelengthdivisionmultiplexing,wdm)技术传输系统的掺铒石英基光纤放大器(edfa)放大的c波段(1530-1565nm)己不能满足高速大容量通讯传输要求。因此具有较好的光吸收及发射特性和较好的热稳定的光学玻璃成为人们研究的热点之一。

er³⁺离子掺杂的碲酸盐玻璃虽具有较宽的放大增益带宽（1530-1610nm），但其化学稳定性较差。氟化物玻璃和硫化物玻璃虽然也具有较宽的放大增益带宽，但是其稳定性和制作条件苛刻，工艺较为复杂。

康宁公司的j.c.lapp制作的铋镓酸盐玻璃(k2o–bi2o3–ga2o3)红外透过范围可到7μm左右，但是其转变温度tg=379°c、结晶温度tx=459°c，它们之间差δt=80°c，热稳定性相对较差。

随着光波导技术和光电子器件等的发展，具有较宽的放大增益特性和较好的热稳定的光学玻璃越来越为人们所关注。玻璃基光波导在光通信及相关领域有着广泛的应用，例如传感器、星形耦合器、光开关、光波导激光器及光波导放大器等。

现有的光学玻璃都有各自的缺点，重金属氟化物玻璃在制作大尺寸或厚样品时容易析晶，氟化物玻璃和硫化物玻璃的化学稳定性较差，其制作工艺也较复杂。因此探索新型的光学玻璃具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种热稳定性好、制作工艺简单的碱金属镓酸盐玻璃及其制备方法。

本发明的一种碱金属镓酸盐玻璃，其主要成分为ga2o3、la2o3、na2o；其摩尔份数组成如下：

ga2o365~69

la2o311~23

na2o12~20。

进一步，上述碱金属镓酸盐玻璃组分还可以掺杂1摩尔份数的er2o3或tm2o3。

进一步，所述碱金属镓酸盐红外光学玻璃的制备方法，包括以下步骤：

（1）将各组分粉末混合均匀，加热到1500℃-1600℃，并保持2～4小时；

（2）将熔体倒入模子中，自然冷却；

（3）成型的玻璃样品退火，在700℃～750℃温度下保持20～30小时，然后降温至室温。

作为优选，步骤（1）中，混合均匀后的组分移至铂金坩埚，通过电炉加热。

步骤（2）中，所述模子为不锈钢模子。

步骤（3）中，将成型玻璃样品放入马弗炉中退火。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的玻璃有较好的光吸收特性；

（2）良好的化学稳定性；

（3）折射率可达1.7-1.8；

（3）la2o3的加入，可以提高其他稀土离子的溶解度，减小稀土离子的浓度淬灭，在光放大方面有着极其重要的意义。

（4）本发明的玻璃可应用于光波导、光通信等光学领域。

附图说明

图1为本发明实施例3的吸收光谱图。

图2为本发明实施例3的1.5μm处荧光光谱图。

图3为本发明实施例4的吸收光谱图。

图4为本发明实施例4的1.45μm处荧光光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

1）各成分摩尔组分为：65%ga2o3，23%la2o3，12%na2o；

2）称取总量为50克，将其在研钵中混合均匀；

3）将2）中混合均匀的粉末移至铂金坩埚中，放近电炉中加热至1550℃，并保持4小时；

4）将熔体倒入不锈钢模子中，自然冷却，然后放入马弗炉中退火，退火过程采用程序控制，在700℃温度下保持24小时，然后降温至室温；

5）将玻璃样品经切割、精磨、抛光为20×20×2mm样品。

6）采用meticonmodel2010prismcoupler波导分析仪测试其折射率为1.72。

实施例2

各成分摩尔组分为：69%ga2o3，11%la2o3，20%na2o；

按实施例1制备方法，步骤3）的温度控制在1600℃，并保持2个小时；步骤4）中退火温度为750℃，保持20小时。得到的红外光学玻璃的折射率为1.74。

实施例3

各成分摩尔组分为：64%ga2o3，23%la2o3，12%na2o，掺1%er2o3。；

按实施例1制备方法，得到的红外光学玻璃的折射率为1.73，采用uv/vis/nirlambda9分光光度计测试吸收光谱，如图1所示。在980nm激光泵浦条件下,测试其1.5μm处荧光光谱图如图2所示。

实施例4

各成分摩尔组分为：68%ga2o3，11%la2o3，20%na2o，掺1%tm2o3；

按实施例2制备方法，得到的红外光学玻璃的折射率为1.75，采用uv/vis/nirlambda9分光光度计测试吸收光谱，如图3所示。在980nm激光泵浦条件下,测试其1.45μm处荧光光谱图如图4所示。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种碱金属镓酸盐玻璃及其制备方法，该玻璃主要成分为：Ga2O3、La2O3、Na2O。其制备方法包括（1）将各组分粉末混合均匀，加热到1550℃‑1600℃，并保持2～4小时；（2）将熔体倒入模子中，自然冷却；（3）成型的玻璃样品退火，在700℃～750℃温度下保持20～30小时，然后降温至室温。本发明的玻璃有较好的光吸收及发射特性，好的热稳定性，根据不同组分，折射率可达到1.7‑1.8。其可应用于光波导、光通信等光学领域。

技术研发人员：满石清;张宁
受保护的技术使用者：云南师范大学
技术研发日：2017.05.26
技术公布日：2017.09.15