激光玻璃是(shì)一種以玻璃為基質的固體激光材料。它廣泛應用於各類型固體激光光器中,並(bìng)成為高(gāo)功率和高能量激(jī)光器的主要(yào)激光材(cái)料。激光玻璃由基質玻璃和激活(huó)離子(zǐ)兩部分(fèn)組成。激光玻璃各(gè)種物理性質和化學性質主要由基質玻璃決定,而它(tā)的光譜性質則主要由激活離子決定。
在固(gù)體激光(guāng)器(qì)中,能產生激光的晶體或玻(bō)璃被稱為(wéi)激光(guāng)工(gōng)作物質。激光工作物質由基質和激活離子兩部分組成,基質材料為激活離子提供了一個(gè)合適的存在與工(gōng)作環境,而由激(jī)活離子完(wán)成激光(guāng)產生過程。激光玻璃是以玻璃為基礎摻人一定的激活離子製成的激光工作物質。在玻璃中已實(shí)現激光的激(jī)活離子主要是稀土離子:如Yb3+、Gda+、Nd3+Era+、Ho”、Tm3+等(děng)。摻釹玻璃由於能在室溫中產生激光,溫度猝滅效(xiào)應小,光(guāng)泵吸收效率高和發光的量子效率高,是目前最主要的激光玻璃。激光玻璃是發展最快、應用(yòng)範圍最廣的固體激光材(cái)料之一(yī)。
激光玻璃的特點
激光玻璃發展迅速的主要原因是它本身性質和製造工藝方麵有晶體材料不具備的優點:基質玻璃的形成範圍大,加入不同(tóng)種類和數量的激活(huó)離子,能獲得具有不同特點的激光玻璃;易於製備成具有要求性能、尺寸和形狀的激光玻(bō)璃;玻璃近程有序和遠程無序的(de)結構(gòu)特點,使其通過光學玻璃工藝能夠獲得高透明度、各向同性、光學均勻、大(dà)尺寸的製品;利用(yòng)熱成形及冷加工工藝(yì),可(kě)製成不(bú)同形狀的激光玻璃:既可拉成直徑(jìng)小至幾微米的纖維,又可製成幾厘米直徑和幾米長(zhǎng)的棒以及幾十厘米厚(hòu)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(zhōu)期較短。
激光玻璃的應用
1960年(nián)發現激光,1961年激光玻璃問世。激光玻璃(lí)已被應用於各類激光器中,並成為高功率和高能(néng)量激光器的主要激(jī)光材料。如含釹玻璃光導纖維激光諧振器、含鉺玻璃(lí)光纖放大器等。無鉑夾雜的含釹磷酸鹽玻璃製品的大(dà)型激光器已(yǐ)用於熱核聚變的研究中,用來啟動核聚變反應。激光(guāng)誘發核聚變與磁控聚變相結合,已成為(wéi)產生可控熱核能的主要途(tú)徑。隨著科學技術的不斷進步,激光玻(bō)璃的應(yīng)用(yòng)會(huì)越來越廣泛。
激光玻璃的性質
激光玻璃由基礎(chǔ)玻璃(lí)摻人激活離子構成。它的物理化學性(xìng)質主要由基礎玻璃決定,光譜性質主要由激活離子決定。基礎玻璃與激活離子相(xiàng)互作用、相互影響,決定(dìng)激光(guāng)玻璃的各種性質。激光玻璃作為固體激光器中的(de)工作介質,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(jī)光(guāng)的波長,使激(jī)發能量充分地被激活離子吸收,轉化為激光;良好的(de)光學均勻性,使(shǐ)激光激發有(yǒu)低(dī)閾值,高效率;良好(hǎo)的熱穩定性,保證非輻射躍遷產生的熱量不至於破(pò)壞玻璃的結構與(yǔ)性質;激活離子的發光機(jī)構中必須有亞穩態,並有較長的壽(shòu)命,使(shǐ)粒子數易於積累,達到反轉;激光玻璃有適當的吸收光譜性質,在(zài)激發源的輻射光譜內有寬而(ér)多的吸收帶和較高的吸收係數。
激光玻璃的製(zhì)造(zào)工藝激光玻璃製造工藝要注意三個方麵的問題。第一,原料純度(dù)的要求。原料應盡可能少含或不(bú)含鐵(tiě)、銅、鉛、鈷等過渡金屬元(yuán)素,因為它(tā)們在(zài)紫外和紅外都有強的吸(xī)收,使玻(bō)璃的透明度下降,增加玻璃基質對激發能(néng)量的吸收,使激光玻璃溫度升高,影響玻璃的激光性能。第二,耐火材料的要求。耐火材料對所熔化的(de)激光玻(bō)璃有(yǒu)良好的耐侵蝕性,如矽酸鹽激光玻璃用(yòng)莫來石或高嶺質(zhì)坩堝熔製,磷酸鹽激光玻(bō)璃用透明(míng)石英或鉑坩堝熔製。
采用優化的(de)溫度(dù)和氣氛(fēn)製度控製耐火材料的熔蝕,保證玻璃的質量和光學玻(bō)璃性能。第三,工(gōng)藝過程的要求。注意(yì)消除玻璃中的羥基,激(jī)光玻璃中的羥基與(yǔ)Nd3+相互作(zuò)用,產生Nd3+激發態能量向羥基轉移,使Nd3+熒光壽命變短,量子效率下降。羥基在(zài)紅外3.5肚m處(chù)有強烈吸收(shōu),該波長的吸收係數(shù)可以用來衡(héng)量羥基的含(hán)量。消除(chú)羥基的工藝(yì)方法包括:通人幹燥氣體、加氟化物、氣氛法等。通人於燥氣體消除羥基屬於(yú)物理法(fǎ),這種方法在氣體與玻璃料形成平衡之後不(bú)再(zài)起作用,所以除羥基的量是有限的。另外兩種方法屬於化(huà)學法(fǎ),通過化學反應使羥基生成HF或HCl而排出。如在矽(guī)酸(suān)鹽玻璃中加入氟化物和在磷酸鹽玻璃中通入CCl4氣體(tǐ)控製氣氛.