激光玻璃與普通光學(xué)玻璃的區(qū)別與好處
發(fā)布時間：2008-09-02
作者：ccy
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概要：
(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； 一塊尺寸為500mm*300mm*50mm的摻釹激光玻璃的造價不低于20000元人民幣。
(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；
一塊尺寸為500mm*300mm*50mm的摻釹激光玻璃的造價不低于20000元人民幣。
激光玻璃是一種以玻璃為基質(zhì)的固體激光材料。它廣泛應(yīng)用于各類型固體激光光器中，并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(yōu)勢在于：
(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，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，即近程有序和遠(yuǎn)程無序，玻璃中結(jié)構(gòu)缺陷對破璃性質(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。
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。但是基質(zhì)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(xué)性質(zhì)有一定的影響，而基質(zhì)玻璃對它的光譜性質(zhì)的影響有時還是相當(dāng)重要的。作為激光玻璃的基質(zhì)玻璃，目前大多采用光學(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。
激光玻璃必需滿足些基本要求:
(1)激活離子的發(fā)光機構(gòu)中必需有亞穩(wěn)態(tài)，形成三能級或四能縱機構(gòu)；并要求亞穩(wěn)態(tài)有較長壽命，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，從能級機構(gòu)來講，四能級優(yōu)于三能級。而當(dāng)終態(tài)能級與基態(tài)能級之間能量間隔大于1000厘米-1時，在室溫下終態(tài)能級幾乎是空因此，在室溫下泵浦也易于產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。目前已在玻璃中產(chǎn)生激光的各種激活離子，以Nd3+離子最佳，其為四能級機構(gòu)，激光躍遷的終態(tài)與基態(tài)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(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迭，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，尤其是對激光波長的吸收應(yīng)盡可能低。基質(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的吸收，會使基質(zhì)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(zhì)。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。
(4)激光玻璃必需有良好的熱光穩(wěn)定件。激光器工作時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，由于吸熱和冷卻條件的不同在棒的徑向就會出現(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械性能不好而損壞。
(5)激光玻璃必需有良好的物理化學(xué)性能。除了以上幾點要求外，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。有一定的機械強度和良好的光照穩(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。
