激(jī)光玻璃是一種以玻璃為基質的(de)固體激(jī)光材料。它廣泛應用於各類(lèi)型固(gù)體激光光器中,並成為(wéi)高(gāo)功(gōng)率和高能量激光器的主要激光材料。激光玻(bō)璃由基質玻璃(lí)和激活(huó)離(lí)子兩部分組成。激光(guāng)玻璃各種物理(lǐ)性質和(hé)化學性質主要由基質玻璃決定,而它的光譜性質則主要由激活離子決定。
在固體激光器中,能產生激(jī)光的晶體或玻璃被稱為激(jī)光工作物質。激(jī)光工作物質由基質和激活離子兩部分(fèn)組成(chéng),基(jī)質材料為激活(huó)離子提供了一個(gè)合適的存在與(yǔ)工作環境,而由(yóu)激活(huó)離子完成激光產生過程(chéng)。激光玻璃(lí)是以玻璃(lí)為基礎摻(chān)人一定的激活離(lí)子製成的激光工(gōng)作物質。在玻璃中已實現激光(guāng)的激活離子主(zhǔ)要是稀土離子:如Yb3+、Gda+、Nd3+Era+、Ho”、Tm3+等。摻釹(nǚ)玻璃由於能在室溫中產生(shēng)激光(guāng),溫度猝滅效應小,光(guāng)泵吸收效率高和發光的量子(zǐ)效率高,是目前最主要的激光玻璃。激光(guāng)玻璃是發展最快、應用範圍最廣的固體激(jī)光材料之一。
激光玻璃(lí)的特點
激光玻(bō)璃發展迅速(sù)的主要原(yuán)因是它本身性質(zhì)和製造工藝(yì)方麵有晶體材(cái)料不具備的優點:基質(zhì)玻璃的形成範圍大,加入不同種類和數量的激活離子,能獲(huò)得具(jù)有不同特點的激光(guāng)玻璃(lí);易於製備成具有要求性能、尺寸(cùn)和形狀的激光玻璃;玻璃近程有序和遠(yuǎn)程(chéng)無序的(de)結構特點,使其通(tōng)過光學玻璃(lí)工藝能夠獲得高透明(míng)度、各向同性、光學均勻、大尺寸的製品;利用熱成形及冷加工(gōng)工藝,可製成不(bú)同形狀的激光玻璃:既可拉成直徑(jìng)小至幾微(wēi)米(mǐ)的纖維(wéi),又可製成幾厘米直徑和幾米長的棒(bàng)以及幾十厘米厚的玻璃板;成本(běn)較低,原料純度要求(qiú)較低,製備工藝比(bǐ)較容易(yì)實現,製造周期較短。
激光玻璃的應用
1960年發現激光,1961年(nián)激光玻璃問世。激光玻璃已被應(yīng)用於各類激光器中,並成為高功率和高能量激光器(qì)的主要激光材料。如含(hán)釹玻璃光導纖維激光諧振器、含(hán)鉺玻璃光(guāng)纖放大器等。無鉑夾雜的含釹磷酸鹽(yán)玻(bō)璃製品的大型激光器已用於熱核聚變的研(yán)究中,用來啟動核聚變反應。激光誘發核聚變與磁控聚(jù)變相結合,已成為產生可控熱核能的主要途(tú)徑。隨(suí)著科學技術的不斷進步,激光(guāng)玻璃的應用(yòng)會越來(lái)越廣泛。
激光玻璃的性質
激光玻璃由基礎玻璃摻人激(jī)活離子構成。它的物理化學性(xìng)質主(zhǔ)要由(yóu)基礎玻璃決定,光譜性質主要(yào)由激活離子決定。基礎玻璃與激活離子相互作用、相互影響,決(jué)定(dìng)激光玻璃的各種性質。激光玻璃作為(wéi)固體激光(guāng)器中的工作介質,需具備下(xià)述性(xìng)質:良好的透明度,基礎玻璃應盡量(liàng)不吸(xī)收(shōu)激發激光的(de)波長,使(shǐ)激發(fā)能量充分地被激活離子吸(xī)收,轉化為(wéi)激光;良好的光學均勻性,使激光激發有低閾值,高效率(lǜ);良好的熱穩定(dìng)性,保證非輻射躍遷產生的熱量不至於(yú)破壞玻璃的結構與性質;激活(huó)離子的發(fā)光機構中(zhōng)必須(xū)有亞穩態,並有較長的壽命,使粒子數易於積累,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多的吸收帶和較高的吸收(shōu)係(xì)數。
激光玻璃的製造工藝激光玻璃製造工藝要注意三個方麵的問題。第(dì)一(yī),原(yuán)料純度的(de)要求。原料應盡可能(néng)少(shǎo)含或不含鐵、銅、鉛、鈷等過渡金屬元素,因為它們在紫(zǐ)外和紅外都(dōu)有強的吸收,使玻璃的透明度下降,增加玻璃基質(zhì)對激發(fā)能量的吸收,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)激光玻璃有良好的耐侵蝕性,如矽酸鹽激光玻璃用莫來石(shí)或高嶺質坩堝熔製,磷酸鹽(yán)激光玻璃(lí)用透明石英或鉑坩堝熔製。
采用優化的溫度和氣氛製度控製耐火材料(liào)的熔蝕,保證玻璃的質量和光學玻璃性能。第三(sān),工藝過程的要求。注意消除玻璃中的羥(qiǎng)基,激光玻璃中的羥基與Nd3+相互作用,產生Nd3+激發態能量向(xiàng)羥基轉移,使Nd3+熒光壽命變短,量子效率下降。羥基在紅外3.5肚m處有強烈吸收,該波長的吸收(shōu)係(xì)數可(kě)以用(yòng)來衡量羥基的含量。消除羥基的工藝方法包(bāo)括:通人幹燥氣體(tǐ)、加氟化物、氣氛(fēn)法等。通人於燥氣體消除羥基屬於物(wù)理法,這種方法在氣體與玻璃料形成平衡之後不再(zài)起作用,所以(yǐ)除羥基的量(liàng)是有限的。另外兩(liǎng)種方法屬於化學法,通過化學反應(yīng)使羥基生成HF或HCl而排出。如在矽酸鹽(yán)玻璃中加入氟化物和在磷酸鹽(yán)玻璃中通入CCl4氣(qì)體控製氣氛.