激光玻璃是一種以玻璃為(wéi)基(jī)質的固體(tǐ)激光材料。它廣泛應用於各類型固體激光光器中,並成為高(gāo)功率和高能量激光器的(de)主要激光材料。激光玻璃由基質玻璃和激活(huó)離子兩部(bù)分組(zǔ)成。激光玻璃各種(zhǒng)物理性質和化學性質主要由(yóu)基(jī)質玻璃決定,而它的光譜性(xìng)質則主要由激(jī)活離(lí)子決定。
  在固體激光器中,能產生激光的晶體或玻璃被稱為激光工作物質。激光工作物質由基質和激活(huó)離子兩部分組成,基質材料為激活(huó)離子提供(gòng)了一個合適的存在與工作(zuò)環境,而由激活離子(zǐ)完成激光產生過程。激光玻璃是以玻璃為基礎摻(chān)人一定的激(jī)活離子製成的激光工作物質。在玻璃中已實現激光的激活離子(zǐ)主要是稀土離子:如Yb3+、Gda+、Nd3+Era+、Ho”、Tm3+等。摻釹玻璃由於能在室溫中產生激光,溫度猝滅效應小,光泵吸收效率高和發光的量子效率高,是目前最主要(yào)的激光玻璃。激光玻璃是發展(zhǎn)最快、應用範圍最廣的固體激光材(cái)料之一。
  激光玻璃的(de)特點
  激光玻璃(lí)發展迅速的(de)主要(yào)原因是它本身性質和(hé)製造工藝方麵有(yǒu)晶體材料不(bú)具備(bèi)的優點:基(jī)質玻璃(lí)的形成範圍大,加入不同種類和數量的激活離子,能獲得具有不同特點的激光玻(bō)璃;易於製備成具有要求性能、尺寸和形狀的激光玻璃(lí);玻璃近(jìn)程有序和遠(yuǎn)程無序的結構特點,使其通過光學(xué)玻(bō)璃工藝能(néng)夠獲得高透明度、各向同性、光學均勻、大尺寸的製(zhì)品;利用熱成形及冷加工工藝,可製成不同形(xíng)狀的激光玻璃(lí):既可拉(lā)成直徑小至幾微米的纖維,又可製成幾厘米直徑和幾米長的棒以及幾十厘米厚的玻璃板;成本較低,原料純(chún)度要(yào)求較低,製備工藝比較容易實現,製造周期較短(duǎn)。
  激光玻(bō)璃的應用
  1960年發現激光,1961年激光玻璃問世。激光玻璃已被應用於各類激光器中,並成為高(gāo)功(gōng)率和高能量激光器的主要激(jī)光材料。如含釹(nǚ)玻璃光導纖維激光諧振器、含鉺玻璃光纖放大器等。無(wú)鉑夾雜的含釹磷酸鹽玻璃製品的大(dà)型激光器已用於熱核聚變的研究中,用來啟動核聚變反應(yīng)。激光誘發核聚(jù)變與磁控聚變相結合,已(yǐ)成為產生可控熱核能的主要途徑。隨著科學技術的不斷進步,激光玻璃的應用(yòng)會越來越(yuè)廣泛(fàn)。
  激光(guāng)玻璃的性質
  激光玻璃由(yóu)基礎玻璃摻人激活(huó)離子構成。它的物理化學性質主要由基礎玻璃決定,光譜性質(zhì)主要由激活離(lí)子決定。基礎玻璃與激活離(lí)子相互作用、相(xiàng)互影響,決定(dìng)激光(guāng)玻璃的(de)各(gè)種性質。激光玻璃作(zuò)為固體激光器中的工作介質(zhì),需具備下述性質:良好的透明度,基礎玻璃應盡量不吸收激(jī)發激光的波長,使激發能量充分地被激(jī)活離子吸(xī)收,轉化為激光;良好的(de)光學均勻性,使激光激發(fā)有低閾值,高效率;良好的熱穩定性,保(bǎo)證非輻射躍遷產生的熱量不至於(yú)破壞玻璃的結(jié)構與性質;激活離子的發光機構中必須有亞穩態,並有(yǒu)較長的壽(shòu)命,使粒子數(shù)易於積累,達到反轉;激光玻璃有適當(dāng)的吸收光譜性質,在(zài)激發源的輻射光譜內有寬而多的吸收(shōu)帶和較高(gāo)的吸收係數。
  激光玻璃的製造(zào)工藝激光玻璃製造工藝要注意三個方麵的問題。第(dì)一,原料純度的要求。原料應盡可能少含或不含鐵、銅、鉛、鈷等過渡金屬元素,因為它們在紫外和紅外都有強的(de)吸(xī)收,使玻璃的透明(míng)度下降,增加玻璃基質對激發能量(liàng)的吸收,使激光玻璃溫度升高,影響(xiǎng)玻璃的(de)激光性能。第二,耐火材料的要求。耐火材料對所熔化的激光玻璃有良好的(de)耐侵蝕(shí)性,如矽酸鹽激光玻璃用莫來(lái)石或高嶺質坩堝熔製,磷(lín)酸鹽激光玻璃用透明石英或鉑(bó)坩堝熔製。
  采用(yòng)優化的溫度(dù)和氣氛製度控製耐火材料的熔蝕,保證玻璃的質量和光學玻璃性能。第三,工藝過程的要求。注意消除(chú)玻(bō)璃中的羥基(jī),激光玻璃中的羥基與Nd3+相互作用,產生Nd3+激發態能量向羥基轉移,使Nd3+熒光壽命變(biàn)短,量(liàng)子效率(lǜ)下降。羥(qiǎng)基在紅外3.5肚m處有強(qiáng)烈吸收,該(gāi)波長的吸收係數可以用來衡量羥(qiǎng)基的含量。消除羥基的工藝方法包括:通(tōng)人幹燥氣體、加氟化物、氣氛法等。通人於燥氣體消除羥基屬於物理法,這種方法在氣體與玻璃料形成平衡之後(hòu)不再起作(zuò)用,所以除羥基(jī)的量是(shì)有限的。另外兩種方法屬於化學法(fǎ),通(tōng)過化學反應使羥基生(shēng)成HF或(huò)HCl而排出。如在矽酸(suān)鹽玻(bō)璃中加入氟化物和在磷酸(suān)鹽玻璃中通入CCl4氣(qì)體控製氣氛.