掺yblt3gt激光玻璃的组成结构性能相关性研究

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1、博t学位论文摘要二极管泵浦固体激光器是近年来国际上发展最快的新型激光器，而作为工作物质的激光材料是研究重点之一。Yb3+离子因电子构型简单、理论上不存在交叉驰豫和激发态吸收、吸收峰位于970nm附近能与InGaAs--极管泵浦波长(900～1100nm)有效耦合，非常适合于用作大功率固体激光器的激活粒子。掺Yb”激光玻璃因制备工艺简单、容易形成大尺寸以及可通过调整玻璃组成来优化材料的性能等特点，而成为激光工作介质材料领域的重要发展方向，在现代工业、医学、科学研究和国防军工等各个方面都有着重要应用。由于磷酸盐玻璃具有发射截面大和荧光

2、寿命长等优点，一直以来，磷酸盐系统都是掺Yb计激光玻璃的首选基质材料，但磷酸盐玻璃的结构单元【P04】四面体中含有一个P=O双键，致使磷酸盐玻璃呈层状或链状结构，这种特殊的结构决定了其热．力学性能较差，限制了它在各方面的应用。本文以掺Yb”磷酸盐、氟磷酸盐和硼磷酸盐三大体系激光玻璃材料为研究对象，采用传统熔融冷却方法制备了三大体系的激光玻璃材料，利用IR、Raman、X-ray衍射分析、吸收和发射光谱等手段系统研究了三大体系激光玻璃的组成．结构一性能三者之间的相关性，探索了A1203、B203、ZnO和氟化物等组分对激光玻璃结构和

3、性能的影响，发现了碱金属和碱土金属离子与掺Yb3+激光玻璃热一力学性能和光谱性能之间的变化规律，提出了B203．P205．ZnO系统玻璃的定量结构模型，综合比较了三大类激光玻璃材料理化性能的差异，获得了综合理化性能与QX／Vb和FP可比的新型激光玻璃材料。主要研究结果如下：．1)在P205一A120r(Nb20s+La203+B203)-K20-BaO-Yb203系统磷酸盐玻璃中，引入舢203有助于改善玻璃热．力学性能，～203的含量为7mol％时，玻璃有最好的热．力学性能。随Ah03含量从7mol％到13mol％，非线性折射率n

4、2逐渐降低，而增益系数Oemi·‰逐渐增大。2)在P20s-A1205-(Nb20s+La203+B203)-R20／MO-Yb203很为Li、Na和K，而M为Mg、Ca、Sr、Ba和Zn)系统玻璃中，随阳离子的场强z／r2增大，玻璃的热一力学性能按K+

5、i20和BaO)，玻璃的热．力学性能逐渐改善，非线性折射率n2、积分吸收截面∑abs、发射截面oemi和增益系数吼。i·f。逐渐增大；碱金属或碱土金属氟化物种类和含量对玻璃的性能也有影响，氟化物阳离子场强z／r2较大的玻璃具有较好的热．力学性能，与低含量氟化物玻璃相比，氟化物含量较高时的积分吸收截面∑挑和发射截面Gemi都明显增大，但氟化物种类对光谱性质的影响不大。4)在P20s-B203一(Nb20s+A1203)一(K20+BaO)一Yb203系统玻璃中，当B／(B+P)值超过0．33时将会失透。而在B203．P205．ZnO

6、系统玻璃中，由于zn2+在硼磷酸盐玻璃中特殊的配位结构，玻璃的形成范围大大增加，B／(B+P)值超过0．4时仍未失透。另外，由xB203一(60．x)P205．40ZnO(炉5，10，15，20和25m01％)系统玻璃的定量结构模型可知，当x≤20m01％时，由于B203中的B3+优先形成[B04]，使玻璃的三维网络结构得到加强，znO充当网络修饰体进入网络空隙，对玻璃网络结构有断网作用；当x>20m01％时，由于带负电荷的田04】之间不能直接相连，过量的B3+以【B03】三角体形式存在，而Zn2+以[Zn06]]k面体形式填充在

7、网络间隙。5)在硼磷酸盐玻璃中，由于P—O．B(4)键的形成，大大提高了玻璃的热．力学性能，甚至与硅酸盐玻璃的相当。由于硼磷酸盐玻璃中存在多种结构单元(如[B03】、田04]和P04】等)，Yb”离子周围配位场变得复杂，在)【B203．(60．x)P205-40ZnO玻璃中，随X值增大，积分吸收截面∑abs逐渐增大，但发射截面o。i在x=15m01％时有极大值0．816pm2，因此这时玻璃具有最大的增益系数Oemi·1；m。6)通过对三个系统激光玻璃性能的比较，按磷酸盐<氟磷酸盐<硼磷酸盐顺序，玻璃的热．力学性能逐渐改善，非线性折

8、射率n2按磷酸盐>氟磷酸盐>硼磷酸盐的顺序降低，三种玻璃中氟磷酸盐玻璃具有最大的积分吸收截面∑abs、发射截面Oemi和增益系数Oemi·‰。与国外的QX／Yb和FP激光玻璃相比，氟磷酸盐玻璃Ⅲ．2样品和硼磷盐玻璃BPZ3样品的综合性能优于FP玻璃