稀土光学玻璃课件.ppt

《稀土光学玻璃课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、稀土光学玻璃简介在普通光学玻璃中加入稀土元素能形成具有特殊性质的特种玻璃，即稀土光学玻璃。稀土元素：周期系ⅢB族中原子序数为21、39和57～71的17种化学元素的统称。其中原子序数为57～  71的15种化学元素又统称为镧系元素。稀土元素包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。三价稀土离子具有丰富的能级结构,容易实现上转换发光，在短波长激光器、三维显示、高密度数据存储和白光照明等领域有着广泛的应用，得到学者和商家的极大关注.尽管硅酸盐玻璃的声子能量较高,无辐射跃迁几率较大,导致发光量子效率降低.但其具有的机械强度高、耐高温和与

2、光纤成分匹配等优势,是一种较好的稀土掺杂基质材料,在光放大器，特别是利用荧光强度比(FIR:fluores-cenceintensityratio)实现的光学灵敏高温传感器等研究中起到重要的作用。众所周知,折射率是光学材料的一个重要指标,对光学元件设计和应用有关键的影响.稀土掺杂对硅酸盐玻璃折射率的影响图1为掺铒原子百分比浓度分别为0.1at.%、0.3at.%和0.5at.%的单掺铒硅酸盐玻璃折射率随波长变化的曲线.可以看出,掺铒浓度增高,样品折射率增大;波长增加,折射率变小,与正常色散相吻合稀土光学玻璃主要是指含有稀土氧化物的硼酸盐和硅酸盐系统的光学玻璃。

3、在普通光学玻璃中加入稀土元素对玻璃的光学特性会产生很大的影响。图2是掺铒浓度同为0.1at.%,掺镱浓度为0.3at.%、0.5at.%和0.7at.%的铒镱共掺硅酸盐玻璃折射率随波长变化的曲线.同样可以知道,掺镱浓度增高,样品折射率增大;但与单掺铒样品不同的是,在496nm波长处,折射率出现极大值,这是反常色散现象，表明该系列玻璃样品在488~496nm波长附近有一个吸收带.在其他波段,该系列铒镱共掺玻璃样品的折射率仍与正常色散相吻合.图4是掺铒、掺镱浓度相同,为0.1at.%和0.5at.%,掺钕浓度分别为0.1at.%、0.3at.%和0.5at.%的3

4、种铒镱钕共掺硅酸盐玻璃折射率随波长变化的曲线.可以看出,掺钕浓度为0.1at.%和0.3at.%的样品在496nm同样出现折射率的极小值;当掺钕浓度增加到0.5at.%时,此现象消失,但极大值出现在514nm附近,同样表明该样品吸收带向长波方向移动.而且在501nm出现一极小值,表明在501~514nm波长范围上述样品也存在着另一个吸收带,导致反常色散.特别是高掺镱浓度2.1at.%和2.7at.%的两个样品,496nm处折射率呈现极小值.合理的解释为,由于稀土元素掺杂浓度较高,较强地影响了硅酸盐基质原有的微观网络结构和键能量,使吸收带向长波方向移动,换句话说

5、此时吸收带约出现在501~514nm,并逐渐扩展到496~514nm范围内.图3是掺铒浓度同为0.3at.%,掺镱浓度为0.3at.%、0.9at.%、1.5at.%、2.1at.%和2.7at.%的铒镱共掺硅酸盐玻璃折射率随波长变化的曲线.与图2比较,掺镱浓度增高,样品折射率基本趋势增大;但掺镱1.5at.%样品的折射率显然小于掺镱0.9at.%样品的折射率.更重要的是,低掺镱浓度0.3at.%、0.9at.%和1.5at.%的样品不仅在496nm有极大值,即出现反常色散现象,含稀土的光学功能玻璃目前，稀土光学玻璃中以镧光学玻璃为代表。一般加入玻璃中的氧化铜

6、(La20:)含量为10~45%，有的还加入一定量的氧化钇(Y2O3)和氧化钆(Gd2O3)，以改善制造工艺和玻璃性能。光学玻璃的工艺过程是:原辅材料准备—配料—熔制—成型—退火—冷加工—成品。世界上的稀土光学玻璃用途广泛，主要是制造各种高级镜头和光学仪器元件。前者用于高级照相机镜头、广角镜头、变焦距镜头、远摄镜头、电影电视镜头、缩微和制版镜头以及高级显微镜镜头等。后者是用于制造透镜、棱镜、滤光镜、反射镜和窗口等。现阶段各种新型稀土特种玻璃应用广泛。下面就简单介绍一下几种含稀土的光学功能玻璃激光玻璃激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料。它广泛应用于各类型固

7、体激光光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。因稀土离子电子云尺寸小.与周围基质离子的电子轨道不发生重迭，而且基质的局部电场难以使能级发生变化(外层电子的屏蔽作用).所以在玻璃基质中最适于作激光激活离子的是稀土离子。Nd3+为四能级机构。在光泵区域有较多和较强的吸收带，而在近红外区有较窄和较集中的荧光线，能在室温下工作。因此它是最佳的激活离子。Nd3+在许多玻璃系统中都得到受激发射。其吸收带分布在可见到近红外区。因而振荡值低，又由于荧光辐射的60？？在激光波长1.06um处。故而掺钕激光玻璃是最先获得实际应用的。也是目前使用最广泛的的激光玻璃。近年来

8、人们认识到掺稀土玻璃激光器可应用于激光