专利名称：钴镱铒共掺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，涉及一种可作为1.5μπι波段的自调Q材料的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法。
背景技术：
自调Q激光材料具有结构紧凑、表面反射损耗低和使激光器件的设计和应用更为简便等优点，其特点在于将增益离子与可饱和吸收离子同时掺杂到基质材料中，使得激光材料兼具受激辐射与可饱和吸收两重性，从而实现自调Q运行。目前已实现了以Nd3+离子 (1 :Dong, J. ，P. Ζ. Deng, et al. ，Laser-diode-pumped Cr4+，Nd3+ :YAG with self-Q-switched laser output of 1.4 W, Opt. Lett. ,2000,25(15) :1101-1103.)和 Yb3+ 离子(参见在先技术 2 :Su, L. B.，J. Xu, et al.，Low-threshold diode-pumped Yb3+, Na+ CaF2 self-Q-switched laser, Opt. Express, 2005,13 (15) :56；35-5640·)作为增益离子的自调Q输出。近年来，掺Co2+纳米微晶玻璃开始应用于1. M 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，MALO和ZnAl2O4)纳米晶，Co2+进入纳米晶内由玻璃中的六配位转变为四配位，并成为实现调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%。(参见在先技术 3 =VOLK 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.)。要获得1. 5x μ m波段的自调Q激光输出，需要将Er3+离子和Co2+离子同时掺杂到基质材料中，并且Co2+离子需进入纳米晶中形成四配位。以目前的商用9XXnmLD作为泵浦源，离子可作为Er3+离子的敏化离子。掺Co2+微晶玻璃的前驱玻璃以硅酸盐为主，微晶玻璃中的玻璃相为硅酸盐，并且和Er3+离子的离子半径较大，分别为86. 8pm和89pm， 因而较难进入尖晶石纳米晶中。因此含尖晶石纳米晶的微晶玻璃可作为％3+、Er3+离子与 Co2+离子共掺的基质材料，从而实现自调Q运行。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术现状，提供一种可作为Lhym波段的自调 Q材料的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法，以克服现有技术的不足。本发明的目的是通过如下技术方案实现的—种钴镱铒共掺纳米微晶玻璃，其特点在于该玻璃的摩尔百分比组成为 45 55mol%，Al2O3 :18-25mol %, MgO :18-25mol%, TiO2 :4-8mol%, ZrO2 :1. 5-3. 5mol%, Yb2O3 :0. 05-0. 8mol %，Er2O3 :0. 05-0. 4mol %，CoO :0. 1-lmol %。所述的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤
①称量原料按权利要求1所述的玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃各成分的重量，然后称取原料，混合均勻；②化料将混合料放入坩埚中，置于1550 1600°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(Tg)附近的马弗炉中，保温3小时后，以10°C /小时的降温速率降至200°C，再随炉冷却至室温；④微晶化将退火后的玻璃升温至730 830°C保温8 16小时，然后继续升温至860 980°C保温2 8小时，最后随炉冷却至室温，获得纳米微晶玻璃。经测试表明，本发明的纳米微晶玻璃，钴离子进入了尖晶石纳米晶中形成四配位， 而镱和铒离子仍处在硅酸盐玻璃相中，使得钴镱铒共掺纳米微晶玻璃兼具铒离子的受激辐射与钴离子的可饱和吸收两重性，从而实现自调Q运行。该纳米微晶玻璃可用作Lhym 波段的自调Q材料。
图1为本发明实施例4#所获得的钴镱铒共掺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。
具体实施例方式下面结合附图和表1的具体实施例对本发明进行详细说明。表1是本发明钴镱铒共掺纳米微晶玻璃实施例的玻璃组成及玻璃转变温度和热处理工艺参数
权利要求
1.一种钴镱铒共掺纳米微晶玻璃，其特征在于该玻璃的摩尔百分比组成为=SiO2 45 55mol%，Al2O3 :18-25mol %, MgO :18-25mol%, TiO2 :4-8mol%, ZrO2 :1. 5-3. 5mol%, Yb2O3 :0. 05-0. 8mol %，Er2O3 :0. 05-0. 4mol %，CoO :0. 1-lmol %。
2.权利要求1所述的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤①称量原料按权利要求1所述的玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃各成分的重量， 然后称取原料，混合均勻；②化料将混合料放入坩埚中，置于1550 1600°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(Tg)附近的马弗炉中，保温3小时后， 以10°C /小时的降温速率降至200°C，再随炉冷却至室温；④微晶化将退火后的玻璃升温至730 830°C保温8 16小时，然后继续升温至 860 980°C保温2 8小时，最后随炉冷却至室温，获得纳米微晶玻璃。
全文摘要
一种钴镱铒共掺纳米微晶玻璃及其制备方法，其特点在于该玻璃的摩尔百分比组成为SiO245～55mol％，Al2O318-25mol％，MgO18-25mol％，TiO24-8mol％，ZrO21.5-3.5mol％，Yb2O30.05-0.8mol％，Er2O30.05-0.4mol％，CoO0.1-1mol％。该纳米微晶玻璃的制备方法包括①称量原料、②化料、③退火和④微晶化步骤，获得透明的钴镱铒共掺纳米微晶玻璃经测试表明，该纳米微晶玻璃可用作1.5xμm波段的自调Q材料。
文档编号C03C10/14GK102503145SQ201110329998
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26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