一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃的制作方法

本发明涉及一种用于1.5μm波段固体激光器增益介质，可用作第三通信窗口及人眼安全激光，具体涉及一种具有低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃。

背景技术：

1、激光技术是人类智能化社会生存和发展必不可少的工具之一。在各类激光器中，固体激光器具有性能稳定，体积较小，设计紧凑化的特点。er3+离子固体激光器可产生～1.5μm或～3μm的激光。其中1.5μm波段激光可用作第三通信窗口及人眼安全激光，在光通信、激光测距等领域获得广泛应用。

2、基于磷酸盐铒激光玻璃增益介质的激光器相比其他1.5μm激光器(如半导体激光、灯泵er:yag激光器)，具有体积小、效率高、稳定性好、价格低等特点，受到广泛关注。由于er3+离子在可见光波段吸收弱，而yb3+离子在800～1100nm波段具有很强的吸收，且yb3+离子向er3+离子能量传递效率较高，故常采取yb3+共掺作为敏化剂。在激光技术发展早期，以闪光灯作为激光泵浦源，其发射光谱分布在可见至近红外区的宽带范围，为了更好地吸收泵浦光，常通过nd3+、cr3+离子共掺作为yb3+离子的第二敏化离子。到了20世纪90年代，半导体激光器的出现使得铒激光器的研究进一步发展。

3、目前固体激光器不断向着小型化、集成化方向发展，高效率、高输出功率的ld泵浦磷酸盐铒玻璃微片激光器正符合当下发展趋势。固体增益工作介质长度降低到1毫米以下时，纵模间隔就有可能超过增益带宽，从而实现单模运转。单模微片激光器不仅制造简单，而且容易实施，只需要靠得很近无需聚焦的半导体激光进行泵浦即可。单模微片激光器将在高容量长距离光纤通讯、相干光传输、激光雷达、激光测距、激光传感、激光医疗以及光存储领域都有着重要的应用价值。

4、现有关于掺铒激光玻璃研究的文献与专利对于低非线性折射率性能缺乏关注。激光玻璃的低非线性折射率，可避免其激光服役过程中的激光束自聚焦效应，提升激光玻璃可承受的激光功率密度。为应对固体激光器高功率的发展趋势，降低增益介质非线性折射率系数十分关键。目前schoot公司专利cn107021619a、hoya公司专利jp6107430a中有报道非线性折射率系数均大于1.28×10-13esu。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率系数在1.24×10-13esu以下的低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃。

2、本发明解决上述技术问题所采用的解决方案是：

3、(1)一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃，其组分以重量百分比表示，含有：p2o5：55.4～82.4％；yb2o3：2.4～25.4％；al2o3：3.5～9.9％；r2o：1.5～9.0％；la2o3：0.4～3.3％；nb2o5：0.5～2.7％；mgo：0.6～2.3％；er2o3：0.3～1.4％，所述r2o为li2o、na2o、k2o中的一种或多种。

4、(2)根据(1)所述的一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃，其组分以重量百分比表示，还含有：b2o3：0～10.5％。

5、(3)一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃，其组分以重量百分比表示，由p2o5：55.4～82.4％；yb2o3：2.4～25.4％；al2o3：3.5～9.9％；r2o：1.5～9.0％；la2o3：0.4～3.3％；nb2o5：0.5～2.7％；mgo：0.6～2.3％；er2o3：0.3～1.4％；b2o3：0～10.5％组成，所述r2o为li2o、na2o、k2o中的一种或多种。

6、(4)根据(1)～(3)任一所述的一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃，其组分以重量百分比表示，其中：b2o3/p2o5为0～19.0，优选b2o3/p2o5为6.5～19.0，更优选b2o3/p2o5为12.0～18.0。

7、(5)根据(1)～(3)任一所述的一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃，其组分以重量百分比表示，其中：er2o3/yb2o3为2.4～10.7，优选er2o3/yb2o3为2.4～4.8，更优选er2o3/yb2o3为2.5～4.5。

8、(6)根据(1)～(3)任一所述的一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃，其组分以重量百分比表示，其中：p2o5：55.4～70.9％，优选p2o5：56.0～66.1％；和/或yb2o3：10.0～25.0％，优选yb2o3：19.0～25.0％；和/或al2o3：4.1～6.8％，优选al2o3：4.7～5.7％；和/或r2o：1.5～3.5％，优选r2o：1.5～3.0％；和/或la2o3：0.4～0.8％；和/或nb2o5：0.5～0.9％；和/或mgo：1.2～1.8％，优选mgo：1.4～1.7％；和/或er2o3：0.5～1.3％；和/或b2o3：3.0～10.5％，优选b2o3：7.3～10.4％，所述r2o为li2o、na2o、k2o中的一种或多种。

9、(7)根据(1)～(3)任一所述的一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃，其中：li2o：0～3.1％，优选li2o：0～2.5％，更优选li2o：0.4～2.0％；和/或na2o：0.9～4.2％，优选na2o：0.9～1.2％；和/或k2o：0～7.7％。

10、(8)根据(1)～(3)任一所述的一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃，所述激光玻璃的非线性折射率系数n2≤1.24×10-13esu，优选n2≤1.21×10-13esu。

11、(9)根据(1)～(3)任一所述的一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃，所述激光玻璃的辐射寿命τrad≥4.3ms，优选τrad≥6.7ms，进一步优选τrad≥7.4ms；和/或荧光有效线宽δλeff≤4.50×10-6cm，优选δλeff≤4.11×10-6cm，进一步优选δλeff≤3.96×10-6cm；和/或受激发射截面≥0.95×10-20cm2，优选受激发射截面≥0.99×10-20cm2。

12、(10)激光器，含有(1)～(9)任一所述的一种低非线性折射率的掺铒硼磷酸盐激光玻璃。

13、本发明的有益效果：本发明的激光玻璃具有低非线性折射率的特点，可避免激光服役过程中的激光束自聚焦效应，提升激光玻璃可承受的激光功率密度；本发明对激光玻璃的组分含量进行合理选择，通过优化玻璃中网络形成体组分b2o3、p2o5之间的引入重量比例，对玻璃基质网络结构调控，通过控制敏化剂yb2o3与辐射跃迁中心er2o3之间的引入重量比例，优化敏化剂与辐射跃迁中心的能量传递，可对激光玻璃的非线性折射率有效优化，对辐射寿命和荧光有效线宽有效调控，获得具有非线性折射率小、辐射寿命优良、荧光有效线宽窄、受激发射截面高的激光玻璃，具有优秀的激光性能，可用于1.5μm波段固体激光器。本发明中不含铅、镉、砷等氧化物，生产过程无三废产生，环境友好，可广泛应用在激光雷达、光通信、激光测距、医疗设备等领域。