矽酸鹽雷射玻璃

簡介

矽酸鹽雷射玻璃是指以矽酸鹽玻璃為基質的雷射玻璃。

激活離子

在矽酸鹽玻璃中實現雷射的激活離子有Nd³⁺、Er3³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺等。除常用的鹼-鹼土矽酸鹽系統外，在微晶玻璃和熔石英中也實現雷射，但成為產品的只有摻釹和鉺的玻璃。Nd³⁺ 在矽酸鹽玻璃中有一定的受激發射截面、量子效率高、玻璃的熱機械性質和化學穩定性好、加工性能優越。玻璃中的受激發射先在摻Nd³⁺鋇冕玻璃中實現。

主要產品

以K₂O- BaO-Si0₂系統玻璃為主形成產品。後又製造了工藝性能較佳的鈣冕玻璃和LiO₂-CaO- Al₂O₃-SiO₂系統，商品名ED-2的雷射玻璃。使受激發射截面從鋇冕玻璃的1。2X10¯²ᴼcm²提高到2。7X10¯²ᴼcm²，雷射器增益大大提高。為適應不同雷射器的需要，相繼發展了高熱負荷的低膨脹玻璃、高貯能的長螢光壽命玻璃和熱光穩定玻璃。

冶煉方法

採用間歇式或半連熔鉑系統熔煉；陶瓷坩堝或池爐熔煉；陶瓷鉑系統熔煉法製造。通過攪拌以加速均化，控制雜質污染以降低損耗。由於隨著雷射器輸出的增加，玻璃中的鉑微顆粒成為破壞中心，引起雷射損傷。因此發展了中性、弱還原所氛保護下的鉑坩堝熔煉技術，製得不含鉑顆粒的“無鉑玻璃”。採用“全陶瓷工藝”亦可獲得無鉑的雷射玻璃。

套用

早期用於製造高能雷射器，後用於發展高功率雷射系統，同時廣泛地用於材料加工、醫療等各種中小輸出雷射器。

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。

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Nd³⁺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。

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，Nd³⁺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。