摻釹透明微晶玻璃的制備及性能研究.pdf

1、Nd3＋離子因具有吸收系數(shù)大、吸收帶較寬、熒光壽命長(zhǎng)、熒光分支比大、能量集中及易于實(shí)現(xiàn)室溫下的激光等特點(diǎn)，使得摻Nd3＋離子的激光材料成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。其中，摻Nd3＋離子的透明氟氧化物微晶玻璃因兼具氟化物玻璃的優(yōu)異光學(xué)性能以及氧化物玻璃優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性而引起材料科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。與其它氟化物相比，CaF2晶體對(duì)稀土離子有較高的固溶度，且具有透光范圍寬(0.125～10μm)、化學(xué)穩(wěn)定性好、及聲子能量低等特點(diǎn)，因此，摻N

2、d3＋離子且含CaF2納米微晶的氟氧化物微晶玻璃是一種比較有發(fā)展?jié)摿Φ募す獠牧?。本文采用傳統(tǒng)熔體冷卻技術(shù)及晶化熱處理工藝制備了摻Nd3＋離子的SiO2-Al2O3-CaF2-NaF-Na2O體系透明氟氧化物微晶玻璃。利用差熱分析(DSC)、X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等檢測(cè)手段研究了該系統(tǒng)玻璃的形成能力、析晶機(jī)理、微觀結(jié)構(gòu)。同時(shí)，利用熒光光譜、吸收光譜等測(cè)試方法和結(jié)果，分析了Nd3＋離子摻入濃度對(duì)材料光譜和激光性能

3、的影響。結(jié)果表明：
　　 ⑴SiO2-Al2O3-CaF2-NaF-CaO系統(tǒng)玻璃的穩(wěn)定性較好，在第一析晶峰溫度附近析晶不明顯，CaF2析出較困難，出現(xiàn)表面析晶現(xiàn)象，當(dāng)溫度較高時(shí)可能出現(xiàn)鈣長(zhǎng)石晶相。用Na2O代替CaO后，玻璃的析晶能力提高，第一析晶峰溫度附近析出CaF2晶體，Nd3＋離子進(jìn)入微晶生成Ca0.9Nd0.1F2.1相。
　　 ⑵在SiO2-Al2O3-CaF2-NaF-Na2O系統(tǒng)玻璃中，氟化物含量較高，因

4、此，由[SiO4]和[AlO4]四面體組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中存在較多網(wǎng)絡(luò)斷開點(diǎn)或非橋氧離子。玻璃的析晶活化能隨著Nd3＋摻入量的增加而逐漸降低，析晶能力增強(qiáng)。在析晶過(guò)程中，晶核呈三維方式生長(zhǎng)，其長(zhǎng)大主要受擴(kuò)散機(jī)制所控制。隨著溫度的升高，其形核速率不斷降低，最終趨向于零形核率。
　　 ⑶含不同Nd3＋濃度的樣品，經(jīng)過(guò)同一條件熱處理后，隨著Nd3＋離子濃度的增加，樣品中除CaF2外還形成了Ca0.9Nd0.1F2.1固溶體。Nd3＋取代C

5、a2＋離子進(jìn)入晶體中，衍射峰向小角度方向移動(dòng)。Nd3＋離子濃度越大，進(jìn)入CaF2微晶中的Nd3＋離子就越多，晶格畸變?cè)絿?yán)重，衍射峰偏移越多。Ca0.9Nd0.1F2.1相的生成以及點(diǎn)陣常數(shù)的增大證實(shí)了Nd3＋離子進(jìn)入CaF2微晶體。
　　 ⑷在熱處理過(guò)程中，Nd3＋離子進(jìn)入CaF2晶體中，其局域環(huán)境由聲子能較高的玻璃基體轉(zhuǎn)變?yōu)槁曌幽艿偷腃aF2晶體，使得Nd3＋離子發(fā)射強(qiáng)度和吸收強(qiáng)度在晶化之后都得到提高。同時(shí)，由于CaF2螢石結(jié)

6、構(gòu)中存在多種不同電荷補(bǔ)償方式，Nd3＋在晶格中產(chǎn)生豐富的不對(duì)稱格位，使其吸收和發(fā)射光譜加寬。
　　 ⑸摻Nd3＋離子的SiO2-Al2O3-CaF2-NaF-Na2O系透明微晶玻璃中Nd3＋離子的5個(gè)主要吸收峰位于511、582、746、803、875nm處；3個(gè)主要熒光峰位于888，1055和1327nm處，分別對(duì)應(yīng)于4F3/2→4I9/2，4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2躍遷。
　　 ⑹隨著Nd3＋