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激光玻璃
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激光玻璃由 基質(zhì)玻璃和 激活離子兩部分組成。激光玻璃各種 物理性質(zhì)和 化學(xué)性質(zhì)主要由基質(zhì)玻璃決定,而它的光譜性質(zhì)則主要由激活離子決定。激光玻璃中由于基質(zhì)玻璃與激活離子彼此間互相作用,所以激活離子對(duì)激光玻璃的物理化學(xué)性質(zhì)有一定的影響,而基質(zhì)玻璃對(duì)它的 光譜性質(zhì)的影響有時(shí)還是相當(dāng)重要的。作為激光玻璃的基質(zhì)玻璃,大多采用光學(xué)玻璃,然而并不是任何一種光學(xué)玻璃接入任何一種激活離子都適合作激光玻璃。
激光玻璃與普通玻璃的區(qū)別(1) 激光玻璃的 光學(xué)均勻性―折射率誤差達(dá)到±2*10(-6),而普通光學(xué)玻璃均勻性其折射率誤差達(dá)到±2*10(-4);(2) 在1054nm處的透過損耗低于0.0015cm(-1);(3) 玻璃中OH根及鉑含量極低。激光玻璃與激光晶體相比優(yōu)勢(shì)(1) 易于制備。應(yīng)用制備光學(xué)玻璃的工藝技術(shù)并加以改進(jìn),可以獲得高度透明而光學(xué) 均勻的玻璃,較容易制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(shù)是用于高功率和高能激光器的重要有利條件。(2) 基質(zhì)玻璃易于改變。基質(zhì)玻璃的成份和性質(zhì)變動(dòng)范圍大,加入的激活劑的種類和數(shù)量也不太受限制,因此較容易發(fā)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(xué)玻璃熱成型和冷加工的工藝,激光玻璃易于直接成型為各種形狀,如棒、片、絲等和研密成高精度的光學(xué)面,以適應(yīng)多種器件結(jié)構(gòu)發(fā)展的需要。(4) 基于玻璃結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),即近程有序和遠(yuǎn)程無序,玻璃中結(jié)構(gòu) 缺陷對(duì)破璃性質(zhì)的影響小并且易于消除,所以容易獲得各向同性、大體積上性質(zhì)均勻一致的工作物質(zhì)。釹玻璃由于能在室溫產(chǎn)生激光,溫度 淬滅效應(yīng)小,光泵吸收效串和發(fā)光的 量子效率高目前是最主要的激光玻璃。
(1)激活離子的發(fā)光機(jī)構(gòu)中必需有亞穩(wěn)態(tài),形成三能級(jí)或四能級(jí)機(jī)構(gòu);并要求亞穩(wěn)態(tài)有較長(zhǎng) 壽命,使粒子數(shù)易于積累達(dá)到反轉(zhuǎn)。為使激光玻璃有較高的效率和低的振蕩值,從能級(jí)機(jī)構(gòu)來講,四能級(jí)優(yōu)于三能級(jí)。而當(dāng)終態(tài)能級(jí)與基態(tài) 能級(jí)之間 能量間隔大于1000厘米-1時(shí),在室溫下終態(tài)能級(jí)幾乎是空因此,在室溫下泵浦也易于產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。已在玻璃中產(chǎn)生激光的各種激活離子,以Nd3+離子最佳,其為四能級(jí)機(jī)構(gòu),激光躍遷的終態(tài)與基態(tài)能級(jí)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(zhì)。其中包括吸收光譜性質(zhì),要求在激發(fā)光源的輻射光漸內(nèi)有寬而多的 吸收帶,高的 吸收系數(shù),吸收 光譜帶與 光源的 輻射帶的 峰值盡可能重疊,這樣有利于充分利用激發(fā)光源的能量;熒光光譜性質(zhì),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(shí)為使吸收的激發(fā)光能量盡可能多地轉(zhuǎn)化為激光能量,還要求熒光的量子效率盡可能高,內(nèi)部的能量損耗盡可能小。(3)激光基質(zhì)玻璃必需有良好的 透明度,尤其是對(duì)激光波長(zhǎng)的吸收應(yīng)盡可能低;|(zhì)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(zhuǎn)化為激光。透明度降低 就增加了基質(zhì)對(duì)光泵能量的吸收,而使激光玻璃溫度升高,這會(huì)帶來一系列缺點(diǎn)。光泵的輻射譜帶大部分位于可見光及近紫外和紅外區(qū)域,所以必須選擇在該區(qū)域透明的材料。在無機(jī)玻璃中以 氧化物和氟化物玻璃較為適宜。基質(zhì)玻璃中若含有 鐵、 銅、 鉛、 錳、 鉆、 鎳等過渡 金屬元素的 化合物.在近紫外到 紅外都有強(qiáng)的吸收,會(huì)使基質(zhì)玻璃的透明度下降。在玻璃中引起激光波長(zhǎng)吸收的主要來源是雜質(zhì)。(4)激光玻璃必需有良好的 光學(xué)均勻性。激光玻璃的光學(xué)不均勻性使光線通過玻璃后波面變形和產(chǎn)生程差,促使其振蕩閾值升良效率降低,發(fā)散角增加。(5)激光玻璃必需有良好的熱光穩(wěn)定件。激光器工作時(shí)由于激活離子的非輻射躍遷損失和基質(zhì)玻璃的紫外、紅外吸收光泵的一部分光能轉(zhuǎn)化為使玻璃溫度升高的熱能。同時(shí),由于吸熱和冷卻條件的不同在棒的徑向就會(huì)出現(xiàn)溫度梯度。這些因素除導(dǎo)致激光玻璃的光學(xué)均勻性降低而影響激光性能外,甚至?xí)辜す獗涣в捎跓釞C(jī)械性能不好而損壞。(6)激光玻璃必需有良好的 物理化學(xué)性能。除了以上幾點(diǎn)要求外,為了便于 制造、 加工和 使用,還要求激光玻璃具有良好的物別化學(xué)性能。這包括 失透傾向小,化學(xué)穩(wěn)定性高。有一定的機(jī)械強(qiáng)度和良好的光照穩(wěn)定性和熱導(dǎo)性等。失透傾向高的玻璃使玻璃制造,尤其是大塊玻璃的生產(chǎn)工藝帶來困難,并難于得到光學(xué)均勻性高的玻璃。
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