激光玻璃光致变色玻璃.ppt

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1、2.2激光玻璃概念激光玻璃是光功能玻璃的典型代表，在1960年第一台激光器问世后，1961年就出现了激光玻璃，是一种以玻璃为基质的固体激光材料。它广泛应用于各类型固体激光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。组成：激光玻璃主要由基质玻璃和激活离子两部分组成。物理化学性质主要由基质玻璃决定；光谱性质则主要由激活离子决定。1玻璃激光器的优点化学组成和制造工艺易于控制；可获得许多重要性质（荧光性、高度热稳定性、低的膨胀系数、负的温度折射系数、高度的光学均匀性）；激活离子种类和数量限制小；容易得到各种尺寸和形状；价格较激光晶体便宜。激

2、光玻璃2激光玻璃需满足的要求（1）激活离子的发光机构中必需有亚稳态，形成三能级或四能纵机构；并要求亚稳态有较长寿命，使粒子数易于积累达到反转。（2）激光玻璃必需有各种适串的光谱性质。（3）激光基质玻璃必需有良好的透明度，尤其是对激光波长的吸收应尽可能低。（4）激光玻璃必需有良好的光学均匀性。（5）激光玻璃必需有良好的热光稳定件。激光玻璃需满足的要求激活离子的发光机构中必需有亚稳态，形成三能级或四能级机构；其中Nd3+最佳，为四能级机构（如图）；激光玻璃必需有各种适当的光谱性质。其中包括吸收光谱性质、荧光光谱性质等；激光基质玻璃必需有良好

3、的透明度，尤其是对激光波长的吸收应尽可能低；激光玻璃必需有良好的光学均匀性；激光玻璃必需有良好的热光稳定件；激光玻璃必需有良好的物理化学性能。钕离子是典型的四能级结构稀土离子。根据光谱计算，钕离子自上能级4F3/2跃迁到下能级4I11/2的自发辐射几率最高。在氮灯或半导体激光的泵浦下，通过离子在上述2能级间的迁移，产生发光波长为1064nm左右的激光振荡。4掺钕玻璃基础成分掺钕激光玻璃是最先获得实际应用的，也是目前使用最广的激光玻璃。激活离子Nd3+是四能级机构，在光泵区域有较多和较强的吸收带，而在近红外区有较窄和较集中的荧光线。由于N

4、d3+能在室温下工作，因此它是最佳的激活离子。掺钕激光玻璃中，吸收光谱中最强的吸收在570~590nm，跃迁的终态与基态的能级差为1950cm-1。从4G7/2通过非辐射跃迁到达较低的激发态4F3/2再向4I11/2跃迁，便发出波长为1.06um的激光。5激光玻璃与普通光学玻璃的区别激光玻璃的光学均匀性其折射率误差达到±2×10-6，普通光学玻璃均匀性其折射率误差达到±2×10-4；激光玻璃在1064nm处的透过损耗低于0.0015cm-1；激光玻璃中OH根及铂（Pt）含量极低；激光玻璃造价高，一块尺寸为500mm*300mm*50mm

5、的掺钕激光玻璃的造价不低于20000元人民币6激光玻璃的制备激光玻璃的基质玻璃大多采用光学玻璃，如钡冕、磷冕等牌号，Nb2O3的含量为3Wt%～5Wt％。使用范围最广的为硅酸盐系统钕玻璃，其组成（mol％）大致为：SiO265%～80%、RO5％～10％和R2O10％～20％。硅酸盐系统激光玻璃按成分大致分为三种K2O--BaO--SiO2系统的钡冕玻璃;R2O--CaO--SiO2系统的钙冕玻璃;Li2O--CaO--(MgO)--Al2O3--SiO2高弹性玻璃。7制备过程中要解决的三个问题：制造大尺寸棒状玻璃(钕玻璃棒长度已达2m

6、)；降低非激活吸收，杂质含量小于10－6质量分数；避免结石及其他夹杂物，提高光学均匀性。其中，K2O--BaO--SiO2系统玻璃是最早的掺钕激光基础玻璃，它的熔化温度低，荧光寿命长，激光输出效率高，工艺条件也较成熟，只是化学稳定性稍差，对耐火材料侵蚀较大。8制备技术初期采用铂（Pt）坩埚熔炼，随着激光输出量的增加，玻璃中进入的铂颗粒引起了棒的破坏，为了防止铂的氧化，采用二氧化碳和一氧化碳的混合气体或氢气作保护气体。现在采用陶瓷坩锅熔炼，注意克服由于耐火材料被侵蚀产生的条纹。上海光机所于20世纪90年代发明了半连续熔炼法制造大尺寸磷酸盐

7、激光钕玻璃的方法，并成功解决了除水、除铂和均匀性的问题，降低了钦玻璃的吸收损耗，形成了批量生产600mm×300mm×40mm大尺寸磷酸盐钕玻璃的能力和装备。20世纪90年代后期，SCHOT和HOYA公司在美国开始了激光钕玻璃的连续熔炼探索，经过6年的努力，于2001年成功实现了磷酸盐激光钕玻璃的连续熔炼，800mm×400mm×40mm尺寸的磷酸盐钕玻璃，为特种玻璃连续熔炼的顶级水平9激光玻璃的敏化和杂质破坏在玻璃中掺入一定量激活剂的同时，还掺入一二种敏化剂。常用的敏化剂是Cr3+、Mn2+等过渡金属离子。它们在玻璃中有很宽的吸收带。

8、由于敏化剂也吸收光激发的能量，并通过不同的方式将吸收的能量转移给激活剂，所以，敏化剂的引入使激活剂的吸收光谱得到扩展和增强，从而增大光谱利用率，达到提高输出效率的目的。10掺钕玻璃中对波长1.06um激光的