標籤:特種玻璃技術 玻璃

激光玻璃是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,並成為高功率和高能量激光器的主要激光材料。

1激光玻璃

激光玻璃由基質玻璃和激活離子兩部分組成。激光玻璃各種物理性質和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。

2基質玻璃

激光玻璃中由於基質玻璃與激活離子彼此間互相作用,所以激活離子對激光玻璃的物理化學性質有一定的影響,而基質玻璃對它的光譜性質的影響有時還是相當重要的。作為激光玻璃的基質玻璃,目前大多採用光學玻璃,然而並不是任何一種光學玻璃接入任何一種激活離子都適合作激光玻璃。

3基本要求

(1)激活離子的發光機構中必需有亞穩態,形成三能級或四能級機構;並要求亞穩態有較長壽命,使粒子數易於積累達到反轉。為使激光玻璃有較高的效率和低的振蕩值,從能級機構來講,四能級優於三能級。而當終態能級與基態能級之間能量間隔大於1000厘米-1時,在室溫下終態能級幾乎是空因此,在室溫下泵浦也易於產生粒子數反轉。目前已在玻璃中產生激光的各種激活離子,以Nd3+離子最佳,其為四能級機構,激光躍遷的終態與基態能級的間距約為1950厘米。
(2)激光玻璃必需有各種適串的光譜性質。其中包括吸收光譜性質,要求在激發光源的輻射光漸內有寬而多的吸收帶,高的吸收係數,吸收光譜帶與光源的輻射帶的峰值儘可能重疊,這樣有利於充分利用激發光源的能量;熒光光譜性質,一般要求它的熒光譜帶少而窄,這樣輸出能量不致分散; 同時為使吸收的激發光能量儘可能多地轉化為激光能量,還要求熒光的量子效率儘可能高,內部的能量損耗儘可能小。
(3)激光基質玻璃必需有良好的透明度,尤其是對激光波長的吸收應儘可能低。基質玻璃的透明度高,就能使光泵的能量充分地被激活離子所吸收,轉化為激光。透明度降低 就增加了基質對光泵能量的吸收,而使激光玻璃溫度升高,這會帶來一系列缺點。目前光泵的輻射譜帶大部分位於可見光及近紫外和紅外區域,所以必須選擇在該區域透明的材料。在無機玻璃中以氧化物和氟化物玻璃較為適宜。基質玻璃中若含有鐵、銅、鉛、錳、鑽、鎳等過渡金屬元素的化合物.在近紫外到紅外都有強的吸收,會使基質玻璃的透明度下降。在玻璃中引起激光波長吸收的主要來源是雜質。
(4)激光玻璃必需有良好的光學均勻性。激光玻璃的光學不均勻性使光線通過玻璃后波面變形和產生程差,促使其振蕩閾值升良效率降低,發散角增加。
(5)激光玻璃必需有良好的熱光穩定件。激光器工作時由於激活離子的非輻射躍遷損失和基質玻璃的紫外、紅外吸收光泵的一部分光能轉化為使玻璃溫度升高的熱能。同時,由於吸熱和冷卻條件的不同在棒的徑向就會出現溫度梯度。這些因素除導致激光玻璃的光學均勻性降低而影響激光性能外,甚至會使激光被璃由於熱機械性能不好而損壞。
(6)激光玻璃必需有良好的物理化學性能。除了以上幾點要求外,為了便於製造、加工和使用,還要求激光玻璃具有良好的物別化學性能。這包括失透傾向小,化學穩定性高。有一定的機械強度和良好的光照穩定性和熱導性等。失透傾向高的玻璃使玻璃製造,尤其是大塊玻璃的生產工藝帶來困難,並難於得到光學均勻性高的被璃。

4激光玻璃與普通玻璃的區別

(1) 激光玻璃的光學均勻性―折射率誤差達到±2*10(-6),而普通光學玻璃均勻性其折射率誤差達到±2*10(-4);
(2) 在1054nm處的透過損耗低於0.0015cm(-1);
(3) 玻璃中OH根及鉑含量極低。

5激光玻璃與激光晶體相比主要優勢

激光玻璃是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器中,並成為高功率和高能量激光器的主要激光材料。
激光玻璃與激光晶體相比起主要優勢在於:
(1) 易於製備。應用製備光學玻璃的工藝技術並加以改進,可以獲得高度透明而光學 均勻的玻璃,較容易製得大尺寸的工作物底材料成本低,大體積和含有高密度的激活粒子數是用於高功率和高能激光器的重要有利條件。
(2) 基質玻璃易於改變。基質玻璃的成份和性質變動範圍大,加入的激活劑的種類和數量也不太受限制,因此較容易發展成具有各種特色的激光玻璃品種系列。
(3) 容易成型加工。利用光學玻璃熱成型和冷加工的工藝,激光玻璃易於直接成型為各種形狀,如棒、片、絲等和研密成高精度的光學面,以適應多種器件結構發展的需要。
(4) 基於玻璃結構的特點,即近程有序和遠程無序,玻璃中結構缺陷對破璃性質的影響小並且易於消除,所以容易獲得各向同性、大體積上性質均勻一致的工作物質。釹玻璃由於能在室溫產生激光,溫度淬滅效應小,光泵吸收效串和發光的量子效率高目前是最主要的激光玻璃。
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