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激光玻璃特性分析:与光学玻璃的六大区别

文章出处:admin 人气:发表时间:2018-02-27 15:01

(1)易于制备。应用制备光学玻璃的工艺技术并加以改进,可以获得高度透明而光学 均匀的玻璃,较容易制得大尺寸的工作物底材料成本低,大体积和含有高密度的激活粒子数是用于高功率和高能激光器的重要有利条件。

  (2)基质玻璃易于改变。基质玻璃的成份和性质变动范围大,加入的激活剂的种类和数量也不太受限制,因此较容易发展成具有各种特色的激光玻璃品种系列。

  (3)容易成型加工。利用光学玻璃热成型和冷加工的工艺,激光玻璃易于直接成型为各种形状,如棒、片、丝等和研密成高精度的光学面,以适应多种器件结构发展的需要。

  (4)基于玻璃结构的特点,即近程有序和远程无序,玻璃中结构缺陷对破璃性质的影响小并且易于消除,所以容易获得各向同性、大体积上性质均匀一致的工作物质。钕玻璃由于能在室温产生激光,温度淬灭效应小,光泵吸收效串和发光的量子效率高目前是最主要的激光玻璃。

  激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种物理化学性质主要由基质玻璃决定,而它的光谱性质则主要由激活离子决定。但是基质玻璃与激活离子彼此间互相作用,所以激活离子对激光玻璃的物理化学性质有一定的影响,而基质玻璃对它的光谱性质的影响有时还是相当重要的。作为激光玻璃的基质玻璃,目前大多采用光学玻璃,然而并不是任何一种光学玻璃接入任何一种激活离子都适合作激光玻璃。

  激光玻璃必需满足那些基本要求呢?概括起来有以下几点:

  (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。为使激光玻璃有较高的效率和低的振荡值,从能级机构来讲,四能级优于三能级。而当终态能级与基态 能级之间能量间隔大于1000厘米-1时,在室温下终态能级几乎是空因此,在室温下泵浦也易于产生粒子数反转。目前已在玻璃中产生激光的各种激活离子,以Nd3+离子最佳,其为四能级机构,激光跃迁的终态与基态能级的间距约为1950厘米。

  (2)激光玻璃必需有各种适串的光谱性质。其中包括吸收光谱性质,要求在激发光源的辐射光渐内有宽而多的吸收带,高的吸收系数,吸收光谱带与光源的辐射带的峰值尽可能重迭,这样有利于充分利用激发光源的能量;荧光光谱性质,一般要求它的荧光谱带少而窄,这样输出能量不致分散; 同时为使吸收的激发光能量尽可能多地转化为激光能量,还要求荧光的量子效率尽可能高,内部的能量损耗尽可能小。

  (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。基质玻璃的透明度高,就能使光泵的能量充分地被激活离子所吸收,转化为激光。透明度降低 就增加了基质对光泵能量的吸收,而使激光玻璃温度升高,这会带来一系列缺点。目前光泵的辐射谱带大部分位于可见光及近紫外和红外区域,所以必须选择在该区域透明的材料。在无机玻璃中以氧化物和氟化物玻璃较为适宜。基质玻璃中若含有铁、铜、铅、锰、钻、镍等过渡金属元素的化合物.在近紫外到红外都有强的吸收,会使基质玻璃的透明度下降。在玻璃中引起激光波长吸收的主要来源是杂质。

  (4)激光玻璃必需有良好的光学均匀性。激光玻璃的光学不均匀性使光线通过玻璃后波面变形和产生程差,促使其振荡阈值升良效率降低,发散角增加。

  (5)激光玻璃必需有良好的热光稳定件。激光器工作时由于激活离子的非辐射跃迁损失和基质玻璃的紫外、红外吸收光泵的一部分光能转化为使玻璃温度升高的热能。同时,由于吸热和冷却条件的不同在棒的径向就会出现温度梯度。这些因素除导致激光玻璃的光学均匀性降低而影响激光性能外,甚至会使激光被璃由于热机械性能不好而损坏。

  (6)激光玻璃必需有良好的物理化学性能。除了以上几点要求外,为了便于制造、加工和使用,还要求激光玻璃具有良好的物别化学性能。这包括失透倾向小,化学稳定性高。有一定的机械强度和良好的光照稳定性和热导性等。失透倾向高的玻璃使玻璃制造,尤其是大块玻璃的生产工艺带来困难,并难于得到光学均匀性高的被璃。

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