一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用

本发明属于激光玻璃领域，具体涉及一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用。

背景技术：

1、近年来，发射波长在1.0μm波段的掺yb3+光纤激光器引起了人们的极大关注，yb3+能级结构简单，量子效率较高，适用于高功率激光输出。光纤激光器具有在生物医疗、材料加工、激光雷达、高级遥感、国防军工等领域具有广阔的应用前景。激光器件是激光科学与技术的核心，以稀土掺杂激光玻璃或者光纤为增益介质的固体激光器因具有结构紧凑、使用寿命长、便于维护、功率高、成本较低等优点而引起广泛关注。

2、相比商用石英玻璃，磷酸盐玻璃具有更高的稀土溶解度，高稀土溶解度带来更高光纤增益，有利于光纤激光器件的小型化、紧凑化发展。在磷酸盐玻璃中引入氟化物得到的氟磷酸盐玻璃可以结合二者的优点：同时具备高稀土溶解度、机械加工性能好、低折射率和非线性折射率。氟磷酸盐玻璃在超短脉冲高能用激光玻璃、紫外透过材料与消色差用光学玻璃以及光纤激光器和光纤放大器领域有广阔的应用前景。yb3+在氟磷酸盐玻璃基质中具有较低的泵浦阈值，发射截面和有效线宽大，增益曲线平坦，非常适合用于超短脉冲激光输出。现有日本hoya公司所报道的fcd-10以及德国schott公司所报道的商用掺镱氟磷酸盐激光玻璃的荧光寿命水平为1.50～2.12ms，荧光寿命影响反转粒子数从而反映出单位增益的大小，长荧光寿命可以提升激光增益，降低泵浦阈值。因此，具有高掺杂浓度、长荧光寿命的掺yb3+氟磷玻璃有望成为新型超短脉冲激光基质材料。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的是提供一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃，该玻璃具有组分可调范围大、较高的稀土溶解度、较低的非线性折射率，在980nm激光二极管泵浦下获得长寿命1.0μm发光。

2、本发明的又一目的是提供一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃的制备方法，该激光玻璃通过熔融冷却法制备。

3、本发明的再一目的是提供上述长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃的应用。

4、本发明的技术方案如下：

5、一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃，摩尔百分比组成为：

6、

7、外掺杂前述zn(po3)2、ba(po3)2、kf、alf3原料组成2-10mol％的rf3，其中，r为稀土元素yb，er，tm，ho的一种。

8、优选地，所述激光玻璃的摩尔百分比组成为：

9、

10、外掺杂前述zn(po3)2、ba(po3)2、kf、alf3原料组成5-10mol％的ybf3。

11、一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)称量：根据上述原料配方摩尔百分比计算相对应的原料重量，准确称取所有原料并研磨混合，得到混合料；

13、(2)熔制：将混合料放入白金坩埚中于1150-1200℃的硅碳棒电炉中加热熔制，之后进行澄清、均化得到玻璃液；

14、(3)浇注：将玻璃液浇注到预热的石墨模具中；

15、(4)退火：在马弗炉中保温，冷却至室温，完全冷却后得到激光玻璃。

16、优选地，步骤(2)所述熔制时间为20-30min。

17、优选地，步骤(3)所述预热的石墨模具为将石墨模具置于马弗炉中随炉升温预热到400～500℃。

18、优选地，步骤(4)所述保温时间为2-4h。

19、优选地，步骤(4)所述冷却速率为5-7℃/h。

20、上述一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃在光纤激光器中的应用。

21、上述长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃在光纤放大器中的应用。

22、与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

23、本发明通过yb3+掺杂，在980nm激光二极管泵浦下获得长寿命1.0μm发光，荧光寿命达到2.67ms，高于现有商用掺镱氟磷酸盐激光玻璃，适合用于1.0μm稀土掺杂激光玻璃、光纤激光器以及光纤放大器的应用。

技术特征：

1.一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃，其特征在于，所述激光玻璃的摩尔百分比组成为：

2.根据权利要求1所述的一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃，其特征在于，所述激光玻璃的摩尔百分比组成为：

3.权利要求1或2所述的一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述熔制时间为20-30min。

5.根据权利要求3所述的一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述预热的石墨模具的预热温度为400～500℃。

6.根据权利要求3所述的一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述保温时间为2-4h。

7.根据权利要求3所述的一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述冷却速率为5-7℃/h。

8.权利要求1或2所述的一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃在光纤激光器中的应用。

9.权利要求1或2所述的长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃在光纤放大器中的应用。

技术总结
本发明属于激光玻璃领域，公开了一种长荧光寿命氟磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用，该玻璃的摩尔百分比组成为：Zn(PO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;：10‑50％，Ba(PO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;：1‑35％，KF：30‑70％，AlF<subgt;3</subgt;：0‑20％，外掺杂前述Zn(PO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;、Ba(PO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;、KF、AlF<subgt;3</subgt;原料组成2‑10mol％的YbF<subgt;3</subgt;。该激光玻璃通过熔融冷却法制备，具有组分可调范围大、较高的稀土溶解度、较低的非线性折射率，在980nm激光二极管泵浦下，能够在玻璃中获得1.0μm发光，荧光寿命达到2.67ms，高于现有掺镱氟磷酸盐激光玻璃，适合于1.0μm掺稀土激光玻璃、玻璃光纤和光纤激光器的制备和应用。

技术研发人员：王伟超,段太宇,姬瑶,杨昌盛
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27