掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃及其制备方法

摘要

一种掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃，该滤光管玻璃摩尔百分比组成范围为SiO2：40～50mol％，Al2O3：25～35mol％，MgO：5～10mol％，ZnO：0～5mol％；Li2O：0‑5mol％，TiO2：5～10mol％，ZrO2：0～5mol％，CeO2：3～8mol％。所制的玻璃热导率在1.0‑1.2W/MK之间，热膨胀在50‑60×10‑7/K之间。所制备的玻璃通过研磨、抛光、微晶热处理后，即可实现对氙灯光谱200‑600nm范围的可调谐截止，本发明可降低氙灯转换热效率达到50％以上，减少钕玻璃在氙灯泵浦情况下的热畸变60％以上，进而提高钕玻璃激光器的重复工作频率，有望用于今后的百瓦重频高能量钕玻璃激光系统中。

权利要求

1.一种掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃，特征在于该玻璃的摩尔百分比组成为：SiO2：40～50mol％，Al2O3：25～35mol％，MgO：5～10mol％，ZnO：0～5mol％；Li2O：0-

5mol％，TiO2：5～10mol％，ZrO2：0～5mol％，CeO2：3～8mol％。

2.根据权利要求1所述的掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃，其特征在于具有对氙灯光谱200-600nm范围的可调谐截止，适用于重频高能量钕玻璃激光系统中的滤光元器件。

3.权利要求1所述的掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括下列步骤：①按基质玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃的重量百分比，然后称取原料，混合均匀，形成混合料；

②将所述的混合料放入坩埚中，置于1500～1600℃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的马弗炉中，保温3小时后，以5～10℃/小时的降温速率降至200℃，再随炉冷却至室温；

④将退火后的基质玻璃升温至750～850℃，保温8～16小时，然后继续升温至900～

1050℃，保温2～8小时，获得纳米微晶玻璃。

说明书

掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于无机非金属类光电信息与功能材料领域，涉及一种适用于重频高能量钕玻璃激光系统，且具有可调节氙灯光谱200-600nm范围内截止波段，掺铈、钛的高铝硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

[0002] 重频高能量钕玻璃激光器在激光冲击强化、钛宝石泵浦源领域都有着广泛的应用需求。但钕玻璃较差的热机械性能，一方面使其无法承受很高的热积累，另一方面会导致严重的光学热畸变。因而，需要研究合适的泵浦技术来降低钕玻璃中的热量积累，进而实现钕玻璃激光器的重频工作。

[0003] 目前，氙灯是最广泛应用于钕玻璃激光器中的泵浦光源。分析氙灯发射光谱和钕玻璃的吸收光谱得知，氙灯的主要输出光谱范围为400-1000nm，而钕玻璃的主要吸收峰为350nm，530nm，580nm，750nm，800nm和870nm左右。由于钕玻璃的激光输出波长为1053nm，不同吸收带将产生的量子亏损不同，进而对钕玻璃激光效率和热积累效率的贡献也不一样。
在350nm，530nm，580nm的吸收带，将有50％以上的泵浦能量转化为热量。

[0004] 为满足重频高光束质量激光需求，可选择不同的滤光玻璃材料实现对氙灯光谱的调节。目前应用于高功率钕玻璃激光系统中的滤光材料主要为掺铈的石英管，只能截止200-380nm紫外光(CN 103466942 B，黄色滤紫外线石英玻璃板及其制备方法；CN 
104609729 A，深蓝色滤紫外线石英管及其制备方法)；而其他紫外截止滤光玻璃也仅限于
200-400nm波段(CN 87105349 A，滤紫外滤红外荧光玻璃)；不能满足重频高光束质量钕玻璃激光器的氙灯光谱调节需求。除此之外，氙灯在400-600nm范围可产生千焦耳量级的能量，因此滤光玻璃不仅具有光谱调制功能，还需具有足够高的耐热冲击性能。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种掺铈、钛的高铝硅酸盐微晶玻璃及其制备方法，一方面实现在200-600nm范围的可调谐吸收，另一方面大幅度提高玻璃的表面强度，最终获得可满足重频高能量钕玻璃激光系统中使用的滤光微晶玻璃管或微晶玻璃片，实现大幅度降低钕玻璃在氙灯泵浦下的热畸变。

[0006] 本发明的目的，是通过如下技术方案实现的：

[0007] 一种掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃，特征在于该玻璃的摩尔百分比组成为：

[0008] SiO2：40～50mol％，Al2O3：25～35mol％，MgO：5～10mol％，ZnO：0～5mol％；Li2O：0-5mol％，TiO2：5～10mol％，ZrO2：0～5mol％，CeO2：3～8mol％。

[0009] 一种掺铈、钛的紫外截止高铝硅酸盐微晶玻璃的制备方法，包括下列步骤：

[0010] ①按基质玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃的重量百分比，然后称取原料，混合均匀，形成混合料；

[0011] ②将所述的混合料放入坩埚中，置于1500～1600℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为2～8小时；

[0012] ③退火：玻璃浇出后放入已升温至玻璃转变温度的马弗炉中，保温3小时后，以5～10℃/小时的降温速率降至200℃，再随炉冷却至室温；

[0013] ④将退火后的基质玻璃升温至750～850℃，保温8～16小时，然后继续升温至900～1050℃，保温2～8小时，获得纳米微晶玻璃。

[0014] 该微晶玻璃具有对氙灯光谱200-600nm范围的可调谐截止，适用于重频高能量钕玻璃激光系统中的滤光元器件。

[0015] 本发明的技术效果：

[0016] 本发明通过在高铝硅酸盐玻璃中加入大量的氧化铈和氧化钛，将玻璃的紫外吸收波段延伸到500nm；通过氧化钛和氧化锆的同时引入，增加玻璃的整体析晶性能，一方面将微晶玻璃的紫外吸收波段延伸到600nm，另一方面显著提升玻璃的抗热冲击性能。

[0017] 本发明制备的用于具有对氙灯光谱进行紫外截止的微晶玻璃滤光材料，可实现对氙灯光谱400-600nm范围的可调谐截止；

[0018] 本发明制备玻璃可通过离子交换、微晶化处理，大幅度提高玻璃的抗热冲击性能，大幅度延长微晶玻璃滤光器件的使用寿命及使用工作频率。

附图说明

[0019] 图1为该系统实施例1玻璃及微晶化处理后在可见光范围的透过曲线；

[0020] 图2为实施例1玻璃制成的滤光管与普通掺铈石英管在重频高能量钕玻璃激光器中对热效率的影响对比。

[0021] 具体实施方法

[0022] 实施例1

[0023] 一种对氙灯光谱进行紫外截止的微晶玻璃滤光材料，该玻璃具有对氙灯光谱400-600nm范围的可调谐截止。

[0024] 一.制备工艺：

[0025] 第一步：配方为(按摩尔百分比计)：

[0026]

[0027] 第二步：

[0028] 按第一步所给配方配料，将原料充分混合均匀；，

[0029] 第三步：在1500℃下，将混合料分4～6次加入到石英坩锅/刚玉坩埚、铂金坩[0030] 埚中，用熔融法熔制4小时；

[0031] 第四步：在1550℃下对玻璃液澄清6小时；

[0032] 第六步：进行机械搅拌9小时；

[0033] 第七步：将制得的玻璃液倒入到石墨或铸铁模具中定型；

[0034] 第八步：在马弗炉内750℃下保温4小时后，进行常规退火处理；

[0035] 第九步：对获得的玻璃进行切割、细磨，抛光后，进行酸碱结合处理3.5小时；

[0036] 第十步：对玻璃样品在800℃保温24小时，升温到950℃保温10小时。

[0037] 实施例2

[0038] 测试和应用与例1相同，只是制备工艺有所不同，如下：

[0039] 制备工艺：

[0040] 第一步：配方为(按摩尔百分比计)：

[0041]

[0042] 第二步：

[0043] 按第一步所给配方配料，将原料充分混合均匀；，

[0044] 第三步：在1550℃下，将混合料分4～6次加入到石英坩锅/刚玉坩埚、铂金坩[0045] 埚中，用熔融法熔制4小时；

[0046] 第四步：在1580℃下对玻璃液澄清6小时；

[0047] 第六步：进行机械搅拌9小时；

[0048] 第七步：将制得的玻璃液倒入到石墨或铸铁模具中定型；

[0049] 第八步：在马弗炉内800℃下保温4小时后，进行常规退火处理；

[0050] 第九步：对获得的玻璃进行切割、细磨，抛光后，进行酸碱结合处理3.5小时；；

[0051] 第十步：对玻璃样品在850℃保温24小时，升温到1050℃保温10小时。

[0052] 其他实施方法均与实施例1、2相同，只是制备工艺中的配方不同。下面列出了一些组分。

[0053]

[0054]

[0055] 上述实施例制备的玻璃具有在200-600nm光谱范围可调谐截止，可抑制氙灯在200-600nm范围对钕玻璃棒的低效率泵浦，进而降低增益介质中的热畸变。如附图2所示，在掺钕激光玻璃激光器中增加实施例1所制备的微晶玻璃滤光管，降低氙灯的热效率50％以上；另外通过氧化钛和氧化锆的同时引入，增加玻璃的整体析晶性能，进而显著提升玻璃的抗热冲击性能，在1700焦耳能量泵浦下，滤光管未发生炸裂。

[0056] 本发明制备的用于具有在200-600nm光谱范围可调谐截止的微晶滤光玻璃，可大幅度降低增益介质中的热畸变；

[0057] 本发明制备玻璃可通过微晶化处理，大幅度提高玻璃的抗热冲击性能，延长微晶玻璃滤光器件的使用寿命及使用工作频率。