專利名稱：一種疊層玻璃材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種疊層玻璃材料，具體是一種可以不降低稀土離子上轉(zhuǎn)換藍綠光強度而實現(xiàn)藍綠紅三色同時發(fā)射的疊層玻璃材料。
背景技術(shù)：
藍綠波段激光可在高密度數(shù)據(jù)存儲、海底通信、大屏幕顯示(需要藍綠光構(gòu)造全色顯示)、檢測及激光醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價值。如在光盤存儲中，用短波長的藍綠色激光替代紅光“讀寫頭”，可將現(xiàn)有的光盤容量提高約4倍；在激光打印設(shè)備中，藍綠色激光可以提高打印速度和分辨率；在海底通信中，藍綠激光因其對海水的極佳穿透能力而成為水下傳輸?shù)拇翱诘鹊取Ｓ绕涫窃谌S立體顯示中，需要藍綠紅構(gòu)筑顯示的三原色。無論是通過晶體倍頻還是通過半導(dǎo)體材料的帶隙發(fā)光，用一種材料實現(xiàn)藍綠紅三色發(fā)射比較困難。而在稀土離子摻雜的玻璃或光纖中，由于存在上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，可以實現(xiàn)藍綠紅三色光的同時發(fā)射。如在Er3+摻雜的玻璃或玻璃薄膜中發(fā)現(xiàn)了藍綠紅三色光的同時發(fā)射。對于由同一種離子發(fā)射的三色光，其強度明顯不同，上轉(zhuǎn)換紅光的強度往往是藍光的十倍甚至是幾十或者上百倍，較弱的藍綠光強度限制了其在三維顯示中的應(yīng)用。后來研究人員試圖通過在同一種玻璃材料中添加不同稀土離子的方法實現(xiàn)調(diào)整藍綠紅光的發(fā)射強度。如在Er3+摻雜的玻璃材料中易于實現(xiàn)綠光和紅光的上轉(zhuǎn)換發(fā)射、在Tm3+摻雜的玻璃中易于實現(xiàn)藍光和紅光的上轉(zhuǎn)換發(fā)射，于是研究人員將Er3+和Tm3+同時添加到一種材料中試圖實現(xiàn)藍綠紅三色光的均衡發(fā)射。但事與愿違，不僅沒有提高藍綠光的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度，還出現(xiàn)了熒光淬滅現(xiàn)象，藍綠光的強度大幅度降低，如圖1所示。這是由于在Er3+和Tm3+離子間存在交叉弛豫現(xiàn)象，使得激發(fā)能量通過離子間無輻射躍遷的形式轉(zhuǎn)化成熱能，造成上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度的降低。因此，在不降低稀土離子上轉(zhuǎn)換藍綠光強度的基礎(chǔ)上，尋求一種具有藍綠紅三色光均衡發(fā)射的材料顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺點，提供一種在不降低稀土離子上轉(zhuǎn)換藍綠光強度的基礎(chǔ)上，可在同一種材料中實現(xiàn)藍綠紅三色的同時發(fā)射的疊層玻璃材料。本發(fā)明克服了由于多種離子共摻而引起熒光淬滅的缺點。
為達到上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案一種疊層玻璃材料，是由兩塊或以上的摻雜兩種不同離子的玻璃材料間隔疊加而成，其中一種玻璃材料是摻雜Yb3+/Er3+，Yb3+與Er3+離子的摩爾比為1∶1～10∶1；以基質(zhì)玻璃材料為100mol計，這兩種離子總添加量為0.2～5mol；另外一種玻璃材料摻雜Yb3+/Tm3+，Yb3+與Tm3+的摩爾濃度比為1∶1～20∶1，以基質(zhì)玻璃為100mol計，這兩種離子總添加量為0.2～3mol。
所述的疊層玻璃材料可按任意順序交替疊加。
所述的基質(zhì)玻璃的配方組成為5K2O-10ZnO-10BaO-20PbO-20GeO2-35TeO2或35TeO2-20GeO2-20BiO3/2-10BaO-10ZnO-5K2O(皆為摩爾份)。
基質(zhì)玻璃按100mol計，Yb3+離子的最佳添加量為1.4mol，Er3+和Tm3+的最佳添加量分別為0.2mol和0.1mol。
每層玻璃的厚度應(yīng)小于0.5mm，需大于0.05mm。
上述疊層玻璃材料的制備方法如下將含有Yb、Er的玻璃原料在高溫爐內(nèi)熔融，同時也將含有Yb、Tm的玻璃原料在同樣的溫度下熔融，玻璃液經(jīng)過通氣、攪拌后，將其中一種玻璃液澆注在預(yù)熱的不銹鋼磨具內(nèi)，待其稍稍凝固后再將另一種玻璃液澆注在其上方，然后轉(zhuǎn)移至退火爐中進行退火。將退火后的玻璃經(jīng)過切割、拋磨后進行光譜性能測試。本發(fā)明玻璃材料的制備方法為本技術(shù)領(lǐng)域通用的方法，所涉及的工藝步驟及工藝參數(shù)皆能為本領(lǐng)域內(nèi)一般技術(shù)人員所掌握。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明與在同一種基質(zhì)材料中添加多種稀土發(fā)光離子相比，避免了稀土離子之間的熒光淬滅，提高了上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率。尤其是在三維立體顯示中，在玻璃不同厚度處發(fā)出的光形成的圖形更具立體顯示效果，本發(fā)明具有顯著的應(yīng)用前景。


圖1為Yb3+/Er3+/Tm3+三摻玻璃的上轉(zhuǎn)換光譜；圖2為Yb3+/Er3+共摻玻璃的上轉(zhuǎn)換光譜；圖3為Yb3+/Tm3+共摻玻璃的上轉(zhuǎn)換光譜；圖4為Yb3+/Tm3+共摻玻璃的上轉(zhuǎn)換光譜隨Tm3+濃度的變化；圖5為5K2O-10ZnO-10BaO-20PbO-20GeO2-35TeO2玻璃上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜，a)1.4Yb2O3-0.2Er2O3，b)1.4Yb2O3-0.1Tm2O3；圖6為Yb3+/Er3+共摻35TeO2-20GeO2-20BiO3/2-10BaO-10ZnO-5K2O玻璃的上轉(zhuǎn)換光譜；圖7為雙疊層玻璃的上轉(zhuǎn)換光譜，a)抽運側(cè)為Yb3+/Er3+共摻的玻璃；b)抽運側(cè)為Yb3+/Tm3+共摻的玻璃；圖8為三疊層玻璃的上轉(zhuǎn)換光譜，a)外層為Yb3+/Er3+共摻的5K2O-10ZnO-10BaO-20PbO-20GeO2-35TeO2玻璃；b)外層為Yb3+/Tm3+共摻5K2O-10ZnO-10BaO-20PbO-20GeO2-35TeO2玻璃。
具體實施例方式
以下結(jié)合說明書附圖來對本發(fā)明做進一步說明。
實施例1基質(zhì)玻璃為5K2O-10ZnO-10BaO-20PbO-20GeO2-35TeO2(摩爾份，以下同)疊層玻璃材料由兩塊玻璃材料疊加而成，一塊摻雜有Yb3+/Er3+，Yb3+加量為1.4mol，Er3+加量為0.2mol；
另外一塊摻雜有Yb3+/Tm3+，Yb3+加量為1.4mol，Tm3+加量為0.1mol。
上述的摩爾添加量都是以基質(zhì)玻璃為100mol為基準(zhǔn)添加，每塊玻璃的厚度為0.05mm。
疊層玻璃材料的制備工藝如技術(shù)方案所述，為公知技術(shù)。
實施例2基質(zhì)玻璃為5K2O-10ZnO-10BaO-20PbO-20GeO2-35TeO2玻璃(摩爾份)疊層玻璃材料由三塊玻璃材料疊加而成，第一及第三層玻璃材料摻雜有Yb3+/Er3+，Yb3+加量為1.4mol，Er3+加量為0.2mol；第二層玻璃材料摻雜有Yb3+/Tm3+，Yb3+加量為1.4mol，Tm3+加量為0.1mol。
上述的摩爾添加量都是以基質(zhì)玻璃為100摩爾份為基準(zhǔn)添加，每塊玻璃的厚度為0.3mm。
疊層玻璃材料的制備工藝如技術(shù)方案所述，為公知技術(shù)。
實施例3基質(zhì)玻璃為35TeO2-20GeO2-20BiO3/2-10BaO-10ZnO-5K2O玻璃。
第一及第三層玻璃材料摻雜有Yb3+/Er3+，Yb3+加量為1.4mol，Er3+加量為0.2mol；第二及第四層玻璃材料摻雜有Yb3+/Tm3+，Yb3+加量為1.4mol，Tm3+加量為0.1mol。
上述的摩爾添加量都是以基質(zhì)玻璃為100摩爾份為基準(zhǔn)添加，每塊玻璃的厚度為0.50mm。
疊層玻璃材料的制備工藝如技術(shù)方案所述，為公知技術(shù)。
以下對實施例1及實施例2所制得的疊層玻璃材料進行測試，并結(jié)合附圖來進一步說明。
本發(fā)明選擇上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度較大的碲酸鹽玻璃作為具體實施例，為了增大玻璃的穩(wěn)定性，向玻璃中加入部分GeO2，玻璃的組成為5K2O-10ZnO-10BaO-20PbO-20GeO2-35TeO2，通過調(diào)整Er3+和Tm3+的摻雜濃度來調(diào)整該玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度。以976nm帶尾纖半導(dǎo)體激光器(2W)作為泵浦源，固定抽運光的能量和光柵狹縫的大小，測試在室溫下進行。隨著Tm3+濃度的增大，玻璃上轉(zhuǎn)換藍光的強度降低，如圖4所示。通過調(diào)整，Yb3+離子的最佳摻入濃度為1.4mol，Er3+和Tm3+的最佳摻雜濃度分別為0.2mol和0.1mol，以基質(zhì)玻璃為100mol計，(即實施例1所得到的疊層玻璃材料)。在此濃度下Er3+和Tm3+在基質(zhì)玻璃中的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜如圖5所示。
稀土離子在玻璃中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度還可通過改變基質(zhì)玻璃來實現(xiàn)(如圖2和3所示上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度隨基質(zhì)玻璃組分變化的關(guān)系)，也可通過對基質(zhì)玻璃中某種組元進行調(diào)整來實現(xiàn)如用Bi2O3替代PbO，Er3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度成倍增大，如圖6所示。這是因為上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度與玻璃中的無輻射躍遷幾率有關(guān)，玻璃的無輻射躍遷幾率越大，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度越低。玻璃的無輻射躍遷幾率與玻璃的最大聲子能量和最大聲子能量密度有關(guān)，通過降低玻璃的最大聲子能量可以提高玻璃中稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度，也可以通過降低玻璃的最大聲子能量密度來提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率。在基質(zhì)玻璃中用Bi2O3替代PbO，降低了玻璃中的最大聲子能量密度，使得稀土離子上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度增大。
將含有Yb、Er的玻璃原料在高溫爐內(nèi)熔融，同時也將含有Yb、Tm的玻璃原料在同樣的溫度下熔融，玻璃液經(jīng)過通氣、攪拌后，將其中一種玻璃液澆注在預(yù)熱的不銹鋼磨具內(nèi)，待其稍稍凝固后再將另一種玻璃液澆注在其上方，然后轉(zhuǎn)移至退火爐中進行退火。將退火后的玻璃經(jīng)過切割、拋磨后進行光譜性能測試。雙疊層材料的上轉(zhuǎn)換光譜如圖7所示。比較圖5和圖7發(fā)現(xiàn)，玻璃的上轉(zhuǎn)換藍綠光的強度基本上沒有變化。
用這種方法不僅可以制作雙層材料，也可通過交替疊加澆注制作多層材料。三層玻璃材料(實施例2中的玻璃材料)的上轉(zhuǎn)換光譜如圖8所示。比較圖5和圖8后發(fā)現(xiàn)玻璃的上轉(zhuǎn)換藍光強度有所降低，而綠光強度有所增大，這是由于澆注的玻璃厚度較大，稀土離子間發(fā)生了熒光捕獲效應(yīng)，因此在不降低上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能降低玻璃的厚度。
權(quán)利要求
1.一種疊層玻璃材料，其特征在于是由摻雜兩種不同離子的玻璃材料間隔疊加而成，其中一種玻璃材料摻雜Yb3+/Er3+，另外一種玻璃材料摻雜Yb3+/Tm3+。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層玻璃材料，其特征在于摻雜Yb3+/Er3+的玻璃材料中，Yb3+與Er3+離子的摩爾比為1∶1～10∶1，基質(zhì)玻璃材料為100mol，Yb3+與Er3+離子的總添加量為0.2～5mol。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層玻璃材料，其特征在于摻雜Yb3+/Tm3+的玻璃材料中，Yb3+與Tm3+離子的摩爾濃度比為1∶1～20∶1，基質(zhì)玻璃為100mol，Yb3+與Tm3+離子的總添加量為0.2～3mol。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層玻璃材料，其特征在于所述的基質(zhì)玻璃材料由以下摩爾份數(shù)的物質(zhì)組成K2O 5，ZnO 10，BaO 10，PbO 20，GeO220，TeO235；或TeO235，GeO220，BiO3/220，BaO 10，ZnO 10，K2O 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層玻璃材料，其特征在于以基質(zhì)玻璃材料為100mol計，Yb3+的最佳添加量為1.4mol，Er3+和Tm3+的最佳添加量分別為0.2mol與0.1mol。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層玻璃材料，其特征在于組成疊層玻璃材料的每塊玻璃材料的厚度為0.05mm～0.5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可以不降低稀土離子上轉(zhuǎn)換藍綠光強度而實現(xiàn)藍綠紅三色同時發(fā)射的疊層玻璃材料。該玻璃材料由兩塊或以上的摻雜兩種不同離子的玻璃材料間隔疊加而成，其中一種玻璃材料是摻雜Yb
文檔編號C03C4/08GK1594163SQ20041002783
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者楊中民, 楊鋼鋒, 張勤遠, 鄧再德, 姜中宏 申請人:華南理工大學(xué)