激光玻璃的特點、應(yīng)用及其性質(zhì)全解析

　　激光玻璃是一種以玻璃為基質(zhì)的固體激光材料。它廣泛應(yīng)用于各類型固體激光光器中，并成為高功率和高能量激光器的主要激光材料。激光玻璃由基質(zhì)玻璃和激活離子兩部分組成。激光玻璃各種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)主要由基質(zhì)玻璃決定，而它的光譜性質(zhì)則主要由激活離子決定。

　　在固體激光器中，能產(chǎn)生激光的晶體或玻璃被稱為激光工作物質(zhì)。激光工作物質(zhì)由基質(zhì)和激活離子兩部分組成，基質(zhì)材料為激活離子提供了一個合適的存在與工作環(huán)境，而由激活離子完成激光產(chǎn)生過程。激光玻璃是以玻璃為基礎(chǔ)摻人一定的激活離子制成的激光工作物質(zhì)。在玻璃中已實現(xiàn)激光的激活離子主要是稀土離子：如Yb3+、Gda+、Nd3+Era+、Ho”、Tm3+等。摻釹玻璃由于能在室溫中產(chǎn)生激光，溫度猝滅效應(yīng)小，光泵吸收效率高和發(fā)光的量子效率高，是目前最主要的激光玻璃。激光玻璃是發(fā)展最快、應(yīng)用范圍最廣的固體激光材料之一。

　　激光玻璃的特點

　　激光玻璃發(fā)展迅速的主要原因是它本身性質(zhì)和制造工藝方面有晶體材料不具備的優(yōu)點：基質(zhì)玻璃的形成范圍大，加入不同種類和數(shù)量的激活離子，能獲得具有不同特點的激光玻璃;易于制備成具有要求性能、尺寸和形狀的激光玻璃;玻璃近程有序和遠程無序的結(jié)構(gòu)特點，使其通過光學(xué)玻璃工藝能夠獲得高透明度、各向同性、光學(xué)均勻、大尺寸的制品;利用熱成形及冷加工工藝，可制成不同形狀的激光玻璃：既可拉成直徑小至幾微米的纖維，又可制成幾厘米直徑和幾米長的棒以及幾十厘米厚的玻璃板;成本較低，原料純度要求較低，制備工藝比較容易實現(xiàn)，制造周期較短。

　　激光玻璃的應(yīng)用

　　1960年發(fā)現(xiàn)激光，1961年激光玻璃問世。激光玻璃已被應(yīng)用于各類激光器中，并成為高功率和高能量激光器的主要激光材料。如含釹玻璃光導(dǎo)纖維激光諧振器、含鉺玻璃光纖放大器等。無鉑夾雜的含釹磷酸鹽玻璃制品的大型激光器已用于熱核聚變的研究中，用來啟動核聚變反應(yīng)。激光誘發(fā)核聚變與磁控聚變相結(jié)合，已成為產(chǎn)生可控?zé)岷四艿闹饕緩?。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，激光玻璃的應(yīng)用會越來越廣泛。

　　激光玻璃的性質(zhì)

　　激光玻璃由基礎(chǔ)玻璃摻人激活離子構(gòu)成。它的物理化學(xué)性質(zhì)主要由基礎(chǔ)玻璃決定，光譜性質(zhì)主要由激活離子決定?；A(chǔ)玻璃與激活離子相互作用、相互影響，決定激光玻璃的各種性質(zhì)。激光玻璃作為固體激光器中的工作介質(zhì)，需具備下述性質(zhì)：良好的透明度，基礎(chǔ)玻璃應(yīng)盡量不吸收激發(fā)激光的波長，使激發(fā)能量充分地被激活離子吸收，轉(zhuǎn)化為激光;良好的光學(xué)均勻性，使激光激發(fā)有低閾值，高效率;良好的熱穩(wěn)定性，保證非輻射躍遷產(chǎn)生的熱量不至于破壞玻璃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì);激活離子的發(fā)光機構(gòu)中必須有亞穩(wěn)態(tài)，并有較長的壽命，使粒子數(shù)易于積累，達到反轉(zhuǎn);激光玻璃有適當(dāng)?shù)奈展庾V性質(zhì)，在激發(fā)源的輻射光譜內(nèi)有寬而多的吸收帶和較高的吸收系數(shù)。

　　激光玻璃的制造工藝激光玻璃制造工藝要注意三個方面的問題。第一，原料純度的要求。原料應(yīng)盡可能少含或不含鐵、銅、鉛、鈷等過渡金屬元素，因為它們在紫外和紅外都有強的吸收，使玻璃的透明度下降，增加玻璃基質(zhì)對激發(fā)能量的吸收，使激光玻璃溫度升高，影響玻璃的激光性能。第二，耐火材料的要求。耐火材料對所熔化的激光玻璃有良好的耐侵蝕性，如硅酸鹽激光玻璃用莫來石或高嶺質(zhì)坩堝熔制，磷酸鹽激光玻璃用透明石英或鉑坩堝熔制。