雷射玻璃

雷射玻璃

雷射玻璃是一種以玻璃為基質的固體雷射材料。它廣泛套用於各類型固體雷射光器中,並成為高功率和高能量雷射器的主要雷射材料。

基本信息

雷射玻璃的特點

用玻璃作為雷射工作物貢的特點是:可以廣泛改變化學組成和製造工藝以獲得許多重要的性質,如螢光性、高度熱穩定性、熱膨脹係數小、負的溫度折射係數、高度的光學均勻性,以及容易得到各種尺寸和形狀、價格低廉等。

雷射玻璃由基質玻璃和激活離子構成。雷射玻璃的各種物理化學性質主要取決於基質玻璃,而它的光譜特性主要由激活離子決定,但它們之間也存在相互聯繫和影響。在新型雷射玻璃的研究開發中,兩者之間的相互關係非常重要,直到20世紀80年代中期,基質玻璃體系主要是矽酸鹽、磷酸鹽和氟磷酸鹽,近年來氟化物雷射玻璃的研究十分活躍,是一類優異的雷射基質材料,氟化物玻璃的聲子能量較低,因此無輻射、躍遷很小,這一特性在上轉換雷射的開發中尤為有利,雷射玻璃的激活離子主要是稀土離子。

雷射玻璃生產條件

(1)激活離子的發光機構必須有亞穩態,形成三能級或四能級結構,並要求業穩態有較長壽命,使粒子數易於積累達到粒子數反轉。

(2)雷射玻璃必須有合適的光譜性質,吸收光譜要與光泵的輻射光譜儘可能重疊,以提高激活能量;螢光光譜要求譜帶少面窄,螢光的量子效率高。

(3)基質玻璃要有良好的透明度,對雷射波長的吸收應儘可能小,所以要求在雷射波長附近產生吸收的雜質的含量應儘可能少。

(4)必須有良好的均勻性,良好的化學穩定性,失透性小,有一定的機機強變和良好的光照穩定性。

(5)必須有良好的熱光穩定性,熱光係數要儘可能小。

實用的雷射玻璃系統

在雷射玻璃中,最重要的是釹玻璃。Nd 幾乎能在所有的無機玻璃中產生螢光,於許多玻璃系統中都能產生受激發射。但具有實用意義的玻璃基質卻只有以下三種玻璃系統。

1)矽酸鹽系統玻璃。矽酸鹽系統玻璃是使用範圍最廣的雷射玻璃。矽酸鹽系統釹玻璃具有螢光壽命長、量子效率高、物化性能好(失透傾向小、化學穩定性好、機械強度高)、生產工藝較簡單且成熟等特點,一般用於高能和高功率輸出雷射器。

2)硼酸鹽及硼矽鹽系統玻璃。含硼玻璃的螢光壽命較短、量子效率較低,但Nd 在其中的吸收係數較高,熱膨脹係數較低。因脈衝振盪的閾值能量與螢光壽命成正比,硼玻璃雖螢光壽命短而吸收係數高,可得到較低的閾值能量,適合於高重複率脈衝工作的雷射器。

3)磷酸鹽系統玻璃。磷酸鹽系統玻璃的螢光壽命較短,螢光譜線窄,Nd 在其中的近紅外吸收較強,有利於光泵能量的充分利用。由於在製造工藝上的困難,如其對耐火材料坩堝的侵蝕嚴重、光學均勻性差等,限制了它的廣泛套用。然而,通過調整玻璃的成分可獲得熱光係數很小的磷鹽玻璃,因此近來頗受關注,已用於重複頻率器件上。

雷射玻璃和雷射晶體區別

雷射玻璃和雷射晶體都是固體的雷射工作物質。二者不同點是:玻璃材料中的激活離子處於無序結構的固體玻璃基質中,而雷射晶體材料中的激活離子處於有序結構固體晶體基質中。雖然大部分在玻璃中能產生雷射的激活離子,在晶體中都能產生雷射,而且螢光機構也是相同的。但是,基質不同,激活離子的行為略有差異:在玻璃中主要取決於玻璃介質的極化作用,而晶體基質的影響主要取決於晶格場的作用,表現出的光譜特性也有所不同。同時,基質本身的物理、化學性質不同,使它們能適用於不同的套用目的。

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