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1、稀土光學(xué)玻璃簡(jiǎn)介,在普通光學(xué)玻璃中加入稀土元素能形成具有特殊性質(zhì)的特種玻璃，即稀土光學(xué)玻璃。,稀土元素：周期系B族中原子序數(shù) 為21、39和5771的17種化學(xué)元素 的統(tǒng)稱。其中原子序數(shù)為5771的 15種化學(xué)元素又統(tǒng)稱為鑭系元素。稀土元素包括鈧、釔、鑭、鈰、鐠、 釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、 鉺、銩、鐿、镥。,三價(jià)稀土離子具有豐富的能級(jí)結(jié)構(gòu),容易實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光，在短波長(zhǎng)激光器、三維顯示、高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和白光照明等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，得到學(xué)者和商家的極大關(guān)注.盡管硅酸鹽玻璃的聲子能量較高,無輻射躍遷幾率較大,導(dǎo)致發(fā)光量子效率降低.但其具有的機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫和與光纖成分匹配等優(yōu)勢(shì),是一種較

2、好的稀土摻雜基質(zhì)材料,在光放大器，特別是利用熒光強(qiáng)度比(FIR:fluores-cence intensity ratio)實(shí)現(xiàn)的光學(xué)靈敏高溫傳感器等研究中起到重要的作用。眾所周知,折射率是光學(xué)材料的一個(gè)重要指標(biāo),對(duì)光學(xué)元件設(shè)計(jì)和應(yīng)用有關(guān)鍵的影響.,稀土摻雜對(duì)硅酸鹽玻璃折射率的影響圖1為摻鉺原子百分比濃度分別為0.1 at.%、0.3at.%和0.5 at.%的單摻鉺硅酸鹽玻璃折射率隨波長(zhǎng)變化的曲線.可以看出,摻鉺濃度增高,樣品折射率增大;波長(zhǎng)增加,折射率變小,與正常色散相吻合,稀土光學(xué)玻璃主要是指含有稀土氧化物的硼酸鹽和硅酸鹽系統(tǒng)的光學(xué)玻璃。在普通光學(xué)玻璃中加入稀土元素對(duì)玻璃的光學(xué)特性會(huì)產(chǎn)生

3、很大的影響。,圖2是摻鉺濃度同為0.1 at.%,摻鐿濃度為0.3 at.%、0.5 at.%和0.7 at.%的鉺鐿共摻硅酸鹽玻璃折射率隨波長(zhǎng)變化的曲線.同樣可以知道,摻鐿濃度增高,樣品折射率增大;但與單摻鉺樣品不同的是,在496 nm波長(zhǎng)處,折射率出現(xiàn)極大值,這是反常色散現(xiàn)象，表明該系列玻璃樣品在488496 nm波長(zhǎng)附近有一個(gè)吸收帶.在其他波段,該系列鉺鐿共摻玻璃樣品的折射率仍與正常色散相吻合.,圖4是摻鉺、摻鐿濃度相同,為0.1 at.%和0.5 at.%,摻釹濃度分別為0.1 at.%、0.3 at.%和0.5 at.%的3種鉺鐿釹共摻硅酸鹽玻璃折射率隨波長(zhǎng)變化的曲線.可以看出,摻釹

4、濃度為0.1at.%和0.3 at.%的樣品在496 nm同樣出現(xiàn)折射率的極小值;當(dāng)摻釹濃度增加到0.5 at.%時(shí),此現(xiàn)象消失,但極大值出現(xiàn)在514 nm附近,同樣表明該樣品吸收帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng).,而且在501 nm出現(xiàn)一極小值,表明在501514 nm波長(zhǎng)范圍上述樣品也存在著另一個(gè)吸收帶,導(dǎo)致反常色散.特別是高摻鐿濃度2.1at.%和2.7 at.%的兩個(gè)樣品,496 nm處折射率呈現(xiàn)極小值.合理的解釋為,由于稀土元素?fù)诫s濃度較高,較強(qiáng)地影響了硅酸鹽基質(zhì)原有的微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和鍵能量,使吸收帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng),換句話說此時(shí)吸收帶約出現(xiàn)在501514 nm,并逐漸擴(kuò)展到496514 nm范圍內(nèi).,

5、圖3是摻鉺濃度同為0.3 at.%,摻鐿濃度為0.3 at.%、0.9 at.%、1.5 at.%、2.1 at.%和2.7 at.%的鉺鐿共摻硅酸鹽玻璃折射率隨波長(zhǎng)變化的曲線.與圖2比較,摻鐿濃度增高,樣品折射率基本趨勢(shì)增大;但摻鐿1.5 at.%樣品的折射率顯然小于摻鐿0.9 at.%樣品的折射率.更重要的是,低摻鐿濃度0.3at.%、0.9 at.%和1.5 at.%的樣品不僅在496 nm有極大值,即出現(xiàn)反常色散現(xiàn)象,含稀土的光學(xué)功能玻璃,目前，稀土光學(xué)玻璃中以鑭光學(xué)玻璃為代表。一般加入玻璃中的氧化銅(La20:) 含量為1045%，有的還加入一定量的氧化釔 (Y2O3)和氧化釓(Gd

6、2O3)，以改善制造工藝和玻璃性能。 光學(xué)玻璃的工藝過程是:原輔材料準(zhǔn)備配料熔制成型退火冷加工成品。世界上的稀土光學(xué)玻璃用途廣泛，主要是制造各種高級(jí)鏡頭和光學(xué)儀器元件。前者用于高級(jí)照相機(jī)鏡頭、廣角鏡頭、變焦距鏡頭、遠(yuǎn)攝鏡頭、電影電視鏡頭、縮微和制版鏡頭以及高級(jí)顯微鏡鏡頭等。后者是用于制造透鏡、棱鏡、濾光鏡、反射鏡和窗口等?，F(xiàn)階段各種新型稀土特種玻璃應(yīng)用廣泛。,下面就簡(jiǎn)單介紹一下幾種含稀土的光學(xué)功能玻璃,激光玻璃,激光玻璃是一種以玻璃為基質(zhì)的固體激光材料。它廣泛應(yīng)用于各類型固體激光光器中，并成為高功率和高能量激光器的主要激光材料。因稀土離子電子云尺寸小.與周圍基質(zhì)離子的電子軌道不發(fā)生重迭，而且基

7、質(zhì)的局部電場(chǎng)難以使能級(jí)發(fā)生變化(外層電子的屏蔽作用).所以在玻璃基質(zhì)中最適于作激光激活離子的是稀土離子。Nd3+為四能級(jí)機(jī)構(gòu)。在光泵區(qū)域有較多和較強(qiáng)的吸收帶，而在近紅外區(qū)有較窄和較集中的熒光線，能在室溫下工作。因此它是最佳的激活離子。Nd3+在許多玻璃系統(tǒng)中都得到受激發(fā)射。其吸收帶分布在可見到近紅外區(qū)。因而振蕩值低，又由于熒光輻射的60？在激光波長(zhǎng)1.06um處。故而摻釹激光玻璃是最先獲得實(shí)際應(yīng)用的。也是目前使用最廣泛的的激光玻璃。近年來人們認(rèn)識(shí)到摻稀土玻璃激光器可應(yīng)用于激光核聚變.從而發(fā)展成為核聚變激光玻璃.其組成是摻釹的磷酸鹽玻璃或氟磷酸鹽玻璃.,光學(xué)纖維,光學(xué)纖維是指由透明材料（如玻璃）

8、制成的能導(dǎo)光的纖維。它可以單獨(dú)使用，也可用來構(gòu)成各種光學(xué)纖維元件，用于沿復(fù)雜通道傳輸光能、圖像、信息。按結(jié)構(gòu)對(duì)傳輸光學(xué)纖維分類，有 （1）階躍型光學(xué)纖維：是由芯子和包復(fù)芯子的包層組成。（2）梯度型光學(xué)纖維：折射率在芯部最高。近年來，普遍要求光學(xué)纖維透過的光譜范圍擴(kuò)展至紫外線（200-300nm）與紅外線（4-14m）。氟化物玻璃從紫外到紅外的相當(dāng)廣泛的光譜范圍都是透明的。目前已經(jīng)能制備出在2.55m的低損耗（12dB/km）氟化物玻璃光學(xué)纖維。,光學(xué)纖維,三、磁光玻璃,磁光玻璃是具有磁光效應(yīng)的一類玻璃.即它在磁場(chǎng)作用下通過光時(shí)能產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.磁光玻璃要求有高的費(fèi)爾德常數(shù)。磁光玻璃分為正

9、旋(逆磁性)玻璃和反旋(順磁性)玻璃兩類.前者含大量Pb2+、Te2+、Sb2+、Sn2+等抗磁性離子，用重火石玻璃和硫化砷玻璃作基礎(chǔ)系統(tǒng)。反旋玻璃含順磁離子Ce3+、Pr3+、Dy3+、Tb3+、Eu3+等.色散大的Ce3+、Pr3+、Eu3+或P值大的Dy3+、Tb3+的玻璃，其費(fèi)爾德常數(shù)都大，而且玻璃中稀土離子含量較大。,發(fā)光玻璃,發(fā)光玻璃是指由于外界的激勵(lì)，使玻璃物質(zhì)中電子由低能態(tài)躍遷至高能態(tài)，當(dāng)電子回復(fù)時(shí)以光的形式產(chǎn)生輻射的發(fā)光過程的一類玻璃。其中，稀土發(fā)光玻璃是在基質(zhì)玻璃中以少量稀土元素作為激活劑（摻雜）的發(fā)光材料，大多數(shù)稀土以三價(jià)離子形成發(fā)光中心。不同的稀土激活劑可以發(fā)出不同顏色

10、的光。為了提高發(fā)光亮度 一方面改進(jìn)現(xiàn)有玻璃并探索新的對(duì)人眼比較靈敏的綠光材料； 另一方面則設(shè)法把發(fā)光效率高的玻璃發(fā)出的紅光或紅外線轉(zhuǎn)換成高亮度的光。具體的幾種含稀土發(fā)光玻璃：熒光玻璃、熱致發(fā)光劑量玻璃、中子劑量玻璃、參考玻璃、閃爍玻璃、示蹤玻璃。,發(fā)光玻璃,稀土光學(xué)玻璃的發(fā)展與現(xiàn)狀,20世紀(jì)20年代稀土光學(xué)玻璃就問世了， 距今已經(jīng)快有近百年的歷史了，1925年美國(guó)開始研究硼酸鹽的稀土光學(xué)玻璃，1938年又創(chuàng)造了高折射、低色散特性的含鑭光學(xué)玻璃，從而擴(kuò)大了光學(xué)玻璃的光學(xué)常數(shù)范圍。二次世界大戰(zhàn)后，稀土在光學(xué)玻璃中的應(yīng)用日益廣泛。隨后，世界各國(guó)都紛紛進(jìn)行鑭硼酸鹽 系光學(xué)玻璃的研究，生產(chǎn)和應(yīng)用。至今，這種玻璃材料向著更高級(jí)的系列化趨勢(shì)迅速發(fā)展。我國(guó)對(duì)稀土玻璃的研究起步較晚，技術(shù)上與其他國(guó)家的差別還比較大，我國(guó)是最大的光玻冷加工國(guó)，稀土光玻精密型料產(chǎn)品需求巨大。但是由于稀土光學(xué)玻璃精密型料技術(shù)難度高，此前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)一直未能掌握，致使稀土光學(xué)玻璃精密型料全部依賴進(jìn)口。日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用技術(shù)幾乎壟斷了稀土光學(xué)玻璃精密型料的市場(chǎng)。,謝謝O(_)O,