第二章光学功能玻璃21激光玻璃

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1、第二章第二章 光学功能玻璃光学功能玻璃 光功能玻璃也称之为“光子玻璃”，是通过与光相互作用而发挥其功能的玻璃。 以往的光学材料,主要当作透过、成像、滤光等材料，近代光学技术的发展，相继出现了激光、电光、声光、磁光、光色、储存等光学功能材料。玻璃在光学功能材料中占有非常重要的地位。 甘福熹院士指出光子玻璃主要包括激光玻璃、非线性功能玻璃、新型光子玻璃三个方面。日本学者S.Sakka将其划分为传统（C，Classical)，新型（N,New）及未来（F,Future)三类共14种。光子玻璃种类和功能光学功能玻璃的特点 （1）高度的光学均匀性； （2）透明度高； （3）可制得大尺寸或任意几何形状；

2、（4）成本低 2.1 2.1 激光玻璃激光玻璃 激光玻璃与其它激光工作物质（晶体、半导体等）相比，具有独特的优点： （1）化学组成可以在很宽的范围内改变，因而可制备各种性质不同的激光玻璃； （2） 掺入激活离子的种类和数量不受限制； （3） 容易制得大尺寸的激光棒或激光圆盘； （4） 光学质量易于得到保证； （5） 价格比晶体等激光物质便宜得多； （6） 输出能量大、输出功率高。 1 1、激光器对激光玻璃的基本要求、激光器对激光玻璃的基本要求 激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃的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。 但基质玻璃和激活离子彼此之间

3、相互作用，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也相当重要。 （1）激活离子的发光机构中必须有亚稳态，形成三能级或四能级机构，并要求亚稳态有较长的寿命，使粒子数易于积累，达到反转。目前在玻璃中产生激光的各种激活离子，如（镱）Yb3、（钆）Gd3、（钕）Nd+3、（铒）Er3、（钬）Ho3、（铥）Tm3等，以Nd3离子最佳。 （2）基质玻璃必须有各种适当的光谱性质。其中包括吸收光谱性质，要求在激发光源的辐射光谱内有宽而多的吸收带，高的吸收系数。 （3）基质玻璃必须有良好的透明度，使光泵的能量充分被激活离子所吸收，转化为激光。 （基质玻璃中若含有铁、铜、铬

4、、锰、钴、镍等过渡金属元素的化合物，在近紫外到红外区域都有强的吸收，会使基质玻璃的透明度下降。） （4）必须有良好的光学均匀性。 （5）必须有良好的热稳定性。 （6）有良好工艺性能和物理化学性能，便于制造、加工和使用，失透倾向小，化学稳定性高，有一定的机械强度。 2 2、钕玻璃基质成分、钕玻璃基质成分 （1 1）硅酸盐系统玻璃）硅酸盐系统玻璃 硅酸盐系统钕玻璃具有优良的工硅酸盐系统钕玻璃具有优良的工艺性能和物理化学性能，制造工艺艺性能和物理化学性能，制造工艺比较简单成熟，易获得光学均匀性比较简单成熟，易获得光学均匀性高的大尺寸玻璃。一般用于高的大尺寸玻璃。一般用于高能输高能输出和高功率输出出和

5、高功率输出的激光器，是目前的激光器，是目前应用最广的激光玻璃。应用最广的激光玻璃。 组成范围（mol%）： SiO26580%,R2O305%,RO510%,R2O1020% SiO2太高，熔制困难且易降低光学均匀性； 钕玻璃中一般不引入氧化硼B2O3 ，可引入12的氧化铝Al2O3 ； 二价氧化物多采用氧化钙CaO及氧化钡BaO； 一价氧化物主要采用氧化钠Na2O、氧化钾K2O，一般同时引入两种效果好； 引入少量氧化铈CeO2或氧化锑Sb2O3 ，除了起澄清作用外，还可提高玻璃的光照稳定性。 K2OBaOSiO2系统的钡冕玻璃（阿贝数v50)是最早用作掺钕激光玻璃的基质玻璃，其优点是熔制温度