激光玻璃的特点及应用

时间:2014-09-22 11:43来源:光粒网作者:yeyan 点击:
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摘要: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。激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种物理性质和化学性质主要由基质玻璃决定,而它的光谱性质则主要由激活离子决定。

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  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。激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种物理性质和化学性质主要由基质玻璃决定,而它的光谱性质则主要由激活离子决定。

  在固体激光器中,能产生激光的晶体或玻璃被称为激光工作物质。激光工作物质由基质和激活离子两部分组成,基质材料为激活离子提供了一个合适的存在与工作环境,而由激活离子完成激光产生过程。激光玻璃是以玻璃为基础掺人一定的激活离子制成的激光工作物质。在玻璃中已实现激光的激活离子主要是稀土离子:如Yb3+、Gda+、Nd3+Era+、Ho”、Tm3+等。掺钕玻璃由于能在室温中产生激光,温度猝灭效应小,光泵吸收效率高和发光的量子效率高,是目前最主要的激光玻璃。激光玻璃是发展最快、应用范围最广的固体激光材料之一。

  激光玻璃的特点:

  激光玻璃发展迅速的主要原因是它本身性质和制造工艺方面有晶体材料不具备的优点:基质玻璃的形成范围大,加入不同种类和数量的激活离子,能获得具有不同特点的激光玻璃;易于制备成具有要求性能、尺寸和形状的激光玻璃;玻璃近程有序和远程无序的结构特点,使其通过光学玻璃工艺能够获得高透明度、各向同性、光学均匀、大尺寸的制品;利用热成形及冷加工工艺,可制成不同形状的激光玻璃:既可拉成直径小至几微米的纤维,又可制成几厘米直径和几米长的棒以及几十厘米厚的玻璃板;成本较低,原料纯度要求较低,制备工艺比较容易实现,制造周期较短。

  激光玻璃的应用:

  1960年发现激光,1961年激光玻璃问世。激光玻璃已被应用于各类激光器中,并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。如含钕玻璃光导纤维激光谐振器、含铒玻璃光纤放大器等。无铂夹杂的含钕磷酸盐玻璃制品的大型激光器已用于热核聚变的研究中,用来启动核聚变反应。激光诱发核聚变与磁控聚变相结合,已成为产生可控热核能的主要途径。随着科学技术的不断进步,激光玻璃的应用会越来越广泛。

  激光玻璃的性质:

  激光玻璃由基础玻璃掺人激活离子构成。它的物理化学性质主要由基础玻璃决定,光谱性质主要由激活离子决定。基础玻璃与激活离子相互作用、相互影响,决定激光玻璃的各种性质。激光玻璃作为固体激光器中的工作介质,需具备下述性质:良好的透明度,基础玻璃应尽量不吸收激发激光的波长,使激发能量充分地被激活离子吸收,转化为激光;良好的光学均匀性,使激光激发有低阈值,高效率;良好的热稳定性,保证非辐射跃迁产生的热量不至于破坏玻璃的结构与性质;激活离子的发光机构中必须有亚稳态,并有较长的寿命,使粒子数易于积累,达到反转;激光玻璃有适当的吸收光谱性质,在激发源的辐射光谱内有宽而多的吸收带和较高的吸收系数。

  激光玻璃的制造工艺激光玻璃制造工艺要注意三个方面的问题。第一,原料纯度的要求。原料应尽可能少含或不含铁、铜、铅、钴等过渡金属元素,因为它们在紫外和红外都有强的吸收,使玻璃的透明度下降,增加玻璃基质对激发能量的吸收,使激光玻璃温度升高,影响玻璃的激光性能。第二,耐火材料的要求。耐火材料对所熔化的激光玻璃有良好的耐侵蚀性,如硅酸盐激光玻璃用莫来石或高岭质坩埚熔制,磷酸盐激光玻璃用透明石英或铂坩埚熔制。

  采用优化的温度和气氛制度控制耐火材料的熔蚀,保证玻璃的质量和光学玻璃性能。第三,工艺过程的要求。注意消除玻璃中的羟基,激光玻璃中的羟基与Nd3+相互作用,产生Nd3+激发态能量向羟基转移,使Nd3+荧光寿命变短,量子效率下降。羟基在红外3.5肚m处有强烈吸收,该波长的吸收系数可以用来衡量羟基的含量。消除羟基的工艺方法包括:通人干燥气体、加氟化物、气氛法等。通人于燥气体消除羟基属于物理法,这种方法在气体与玻璃料形成平衡之后不再起作用,所以除羟基的量是有限的。另外两种方法属于化学法,通过化学反应使羟基生成HF或HCl而排出。如在硅酸盐玻璃中加入氟化物和在磷酸盐玻璃中通入CCl4气体控制气氛.

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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