本发明专利技术公开了一种银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料及其制备方法。该制备方法具体步骤为：将原料P2O5、K2O、BaO、Al2O3、Nb2O5、Sb2O3、La2O3、Yb2O3、Er2O3、AgCl和SnO混合均匀后转移到坩埚内1100℃‑1250℃熔制，再将熔制得到的块状玻璃转移到退火炉中450℃‑500℃进行退火热处理，最后进行切割抛光，得银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料。本发明专利技术在多组分磷酸盐玻璃中掺杂少量的氧化亚锡，可使银纳米粒子均匀分布在玻璃体中，从而可增强多组分磷酸盐玻璃1.53μm发光强度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于稀土发光领域，具体涉及一种银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料及其制备方法。
技术介绍
光纤激光器由于体积小、结构紧凑以及易于控制而备受关注。单频光纤激光器因其具有极大的相干性，在高分辨传感、相干通信、激光雷达和远距离探测等领域有着强烈的需求。短腔结构有助于得到较窄线宽、低噪声的全光纤的激光输出，是实现单频光纤激光的有效途径。2003年，Spiegelberg 等报道了在Er3+/Yb3+ 共掺杂的磷酸盐玻璃光纤中实现1550 nm的DBR激光输出。在一个2cm长的光纤中得到了单频激光，激光的输出功率超过200mW，线宽低于2kHz。但是设计的谐振腔的长度较长，为5cm，使激光器的稳定性差，易于跳摸。在选择稳定纵模的时候，要求尽可能的缩短谐振腔的长度。然而，缩短谐振腔的长度会限制激光的输出功率。因而需要纤芯具有较高的光纤增益系数。单频光纤激光器已广泛应用在光传感、光探测和相干通信等领域。短线性腔是获得单频光纤激光的一种主要方式。利用高增益系数光纤作为激光器增益介质，有利于缩短激光器腔长而阻止激光跳摸现象。Er3+/Yb3+共掺多组分磷酸盐玻璃光纤是一种单频光纤激光器使用的增益介质，进一步提高此光纤的增益系数是一项重要任务。光纤具有较高的增益系数可以改善激光的输出功率和抑制跳模现象的出现。通过提高纤芯中稀土离子的掺杂浓度来提高光纤增益一度成为研究的热点，但是稀土离子掺杂浓度过高出现浓度淬灭效应，将会使得激光的输出功率锐减。现已专利技术的Er3+/Yb3+掺杂的多组分磷酸盐玻璃光纤，稀土离子的掺杂浓度是石英光纤中的16倍。利用该光纤实现了在1.5μm和1.0μm波段的单频光纤激光输出。进一步增加光纤增益系数，以获得更稳定的单频激光输出，是目前对稀土掺杂多组分磷酸盐玻璃研究的一项重要任务。研究报道，在玻璃中引入金属纳米颗粒可以增强稀土离子的荧光强度。Dousti和Kassab等报道了在不同玻璃组分中银纳米颗粒对Pr3+荧光的影响。Singh等研究了在碲酸盐玻璃中Ag纳米颗粒可以增强Er3+上转换发光，并且发现热处理诱导了更大的局域场强使得荧光增强了4倍。Wu等在Er3+/Yb3+掺杂的含有Ag纳米颗粒的铋锗酸盐玻璃中，观察到显著增强的上转换发光。这些对荧光的增强主要归功于金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应。当稀土离子位于纳米颗粒附近区域时，局域场会被增强，从而可以有效的提高稀土的荧光信号和拉曼信号。但是，简单在掺稀土多组分磷酸盐玻璃中掺入银纳米粒子时，银纳米粒子易于团聚，而无法起到增强稀土离子荧光强度的作用。本专利技术在多组分磷酸盐玻璃中掺杂少量的氧化亚锡，可使银纳米粒子均匀分布在玻璃体中，从而可有效增强多组分磷酸盐玻璃1.5μm发光强度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过Ag纳米颗粒增强稀土离子的发光来提高光纤增益系数，提供了一种银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料及其制备方法。首先制备出含有AgCl的多组分磷酸盐玻璃，为了得到玻璃中均匀分散的纳米Ag颗粒，需要加入一定量的SnO。SnO具有与金属键性质相似的“金属桥”，不仅可以有助于与Ag的键合，还可以促进Ag+的还原，析出纳米颗粒。然后根据需要在合适的温度下进行退火处理，得到含有纳米Ag颗粒的多组分磷酸盐玻璃。充分利用金属Ag纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应对稀土离子荧光的增强，期望实现光纤增益系数的提高。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料的制备方法，具体步骤如下：1）按如下摩尔配比称取原料：P2O5 50-60%、K2O 10-20%、BaO 10-20%、Al2O3 2-5%、Nb2O51-4%、Sb2O3 0.5-4%、La2O3 2-5%、Yb2O3 0.5-2%、Er2O3 0.25-3%、AgCl 1-4% (化学纯) ，为了更好的析出纳米Ag颗粒，另外加入SnO 2-4%。2）将原料混合均匀后转移到刚玉坩埚内熔制，成型后得到块状玻璃；3）将熔制得到的块状玻璃转移到退火炉中进行退火热处理，得到块体的多组分磷酸盐玻璃；4）将退火得到的多组分磷酸盐玻璃进行切割并进行抛光，使得玻璃表面光亮呈镜面，得银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料。进一步地，步骤2）所述熔制的温度为1100℃-1250℃。进一步地，步骤3）所述退火热处理的温度为450℃-500℃。退火温度选取在玻璃转化温度（Tg）附近，450-500℃。经过退火热处理，消除玻璃中的热应力，同时可析出Ag纳米颗粒，玻璃呈现银黄色。由以上所述制备方法制得的一种银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料。Ag纳米颗粒存在性证实：对得到的玻璃样品进行TEM测试以及吸收光谱的测试。1.53 μm荧光：在980 nm泵浦下，测试Er3+的1.53 μm发光。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：本专利技术的多组分磷酸盐玻璃材料随着AgCl 掺杂含量的增加，Er3+的1.53 μm 发光强度增强，并且当AgCl含量为2 mol%时，发光强度达到最大。附图说明图1中的（a）为掺杂AgCl的玻璃样品的TEM图；图1中的（b）为单个纳米Ag颗粒的高分辨图像；图1中的（c）为玻璃样品中Ag与Er的元素分布图。图2中的（a）为AgCl掺杂稀土多组分磷酸盐玻璃的吸收光谱图；图2中的（b）为单掺AgCl磷酸盐玻璃样品的等离子体吸收带。图3为AgCl掺杂稀土多组分磷酸盐玻璃的荧光光谱图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的实施方式不限于此，对未特别说明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例1掺杂1%mol AgCl稀土多组分磷酸盐玻璃材料的制备及其光学性质：（1）掺杂AgCl的稀土多组分磷酸盐玻璃的熔制：采用传统的熔融-退火法熔制块体多组分磷酸盐玻璃。按摩尔百分比计，该玻璃材料原料配方由以下物质组成：P2O5 60%（60 mol）K2O 12%BaO 10%Al2O3 3.5%Nb2O5 2%Sb2O3 1%La2O3 5%Yb2O3 2%Er2O3 1.5%AgCl 1 %SnO 2%按以上配比称取原料，混合均匀后转移到坩埚内在1100℃熔制，在450℃退火炉中进行退火处理，得到块体的多组分磷酸盐玻璃。（2）稀土多组分磷酸盐玻璃的切割抛光：将退火得到的多组分磷酸盐玻璃进行切割并进行抛光。（3）稀土多组分磷酸盐玻璃中纳米Ag颗粒的证实：将玻璃样品磨成粉，超声分散制备TEM样，进行TEM测试，观察到一些黑色的斑点随机分布在玻璃中，如图1 中的(a) 中的黑色斑点所示。通过晶格间距测量，所测晶格间距为2.301 Å，如图1中的（b）所示，与Ag的（1 1 1）晶面的晶格间距相吻合。除此之外通过元素分布可以看出Ag均匀分布在Er的周围，如图1中的（c）所示。将抛光如镜的玻璃进行吸收光谱测试，观察得到纳米Ag颗粒的局域表面等离子体吸收带，如图2中的（a）、（b）所示。（4）AgCl掺杂稀土多组分磷酸盐玻璃的荧光光谱的测试：抛光如镜的玻璃样品在980本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1）按如下摩尔配比称取原料：P2O5 50‑60%、K2O 10‑20%、BaO 10‑20%、Al2O3 2‑5%、Nb2O5 1‑4%、Sb2O3 0.5‑4%、La2O3 2‑5%、Yb2O3 0.5‑2%、Er2O3 0.25‑3%、AgCl 1‑4%和SnO 2‑4%；2）将原料混合均匀后转移到坩埚内熔制，成型后得到块状玻璃；3）将熔制得到的块状玻璃转移到退火炉中进行退火热处理，得到块体的多组分磷酸盐玻璃；4）将退火得到的多组分磷酸盐玻璃进行切割并进行抛光，得银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料。
【技术特征摘要】
1.一种银纳米粒子均匀分布的Er3+/Yb3+共掺杂多组分磷酸盐玻璃材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1）按如下摩尔配比称取原料：P2O5 50-60%、K2O 10-20%、BaO 10-20%、Al2O3 2-5%、Nb2O51-4%、Sb2O3 0.5-4%、La2O3 2-5%、Yb2O3 0.5-2%、Er2O3 0.25-3%、AgCl 1-4%和SnO 2-4%；2）将原料混合均匀后转移到坩埚内熔制，成型后得到块状玻璃；3）将熔制得到的块状玻璃转移到...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱奇，单秀杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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