磷酸盐激光钕玻璃制造技术

本发明专利技术提供一种受激发射截面高、热光系数小、适用于高功率激光装置的磷酸盐激光钕玻璃，其摩尔百分比组成包括：P2O550-70mol％；Al2O31-15mol％；MO 5-25mol％，M为Ba、Mg、Zn中的一种或多种；R2O 10-20mol％，R为Li、Na、K中的一种或多种；R2O30.5-5mol％，R为Y、La、Nd中的一种或多种；Nb2O50.5-5mol％。本发明专利技术通过合理配置各组分，得到的磷酸盐激光钕玻璃的非线性折射率n2为1.16～1.24(10-13esu)，受激发射截面σ为4.0～4.8(10-20cm2)，热光系数ds/dT(20-60℃)为1～2(10-7/K)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磷酸盐激光钕玻璃，特别是涉及一种受激发射截面高、热光系数 低、适宜于高功率激光装置的激光玻璃。
技术介绍
由于钕玻璃荧光寿命长、受激发射截面大、块片大、并能批量生产，因而在激光系 统中得到广泛应用。钕玻璃还具有良好的储能效果，成为高功率激光系统放大装置的首选 工作物质，例如美国LLNL的点火装置以及我国的神光装置，都是用钕玻璃作为放大介质。 钕玻璃的光谱性质直接影响高功率激光装置设计，因此研宄钕玻璃的光谱性质对高功率激 光装置设计尤为重要。钕玻璃的光谱性质包括吸收系数、发射跃迀几率、亚稳态荧光寿命、 辐射量子效率、受激发射截面及激发态吸收偶极矩等。其中，受激发射截面是衡量激光工作 物质光学质量的一个最基本的物理量，是设计高功率激光装置的最重要参数之一。 光谱学常用吸收和发射截面来表示吸收和发射几率。截面具有面积的量纲，其与 光束面积的比表不一个吸收或发射中心（原子或分子）吸收或发射光福射的几率。发射截 面是评估材料的阈值和斜率效率的重要光谱参数。发射截面的大小直接影响到钕玻璃的增 益效率，因此，其在激光系统设计中起着关键的作用。 磷酸盐激光钕玻璃在高功率激光装置中主要是用作激光放大器的工作物质。一方 面，为了实现高增益，要求钕玻璃的受激发射截面尽可能大，荧光寿命尽可能长。另外，为了 得到更大的输出能量，采用高浓度的钕玻璃作为放大物质。但是，随着钕玻璃中钕离子浓度 的增高，受激发射截面将随之减小。因此，如何设计合适的材料组成，在保持玻璃具有高钕 离子浓度的同时，进一步提高其受激发射截面，以实现更高的激光增益，是钕玻璃研宄的重 要课题。 目前国内现有磷酸盐激光钕玻璃，如N31玻璃（N31激光钕玻璃验收报告，1998年 12月），其受激发射截面不高（3. 9X KT2tlcm2),其热光系数（dS/dT= 14XI(T7A)较大，不 能满足未来高功率激光装置对激光玻璃低热光效应的要求；CN1765795A公开的热光系数 (dS/dT=0.3XI(T7A)较小，但其受激发射截面也不高（3. 9X KT2tlcm2)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种受激发射截面高、热光系数小、适用于高 功率激光装置的磷酸盐激光钕玻璃。 本专利技术解决技术问题所采用的解决方案是：磷酸盐激光钕玻璃，其组成成分的摩 尔百分比组成包括：P2O5 50-70mol%;Al203l-15mol%;M0 5-25mol%，其中，M为Ba、Mg、Zn 中的一种或多种；R2〇 10_20mol%，其中，R为Li、Na、K中的一种或多种；R203 0.5-5mol%， 其中，R为Y、La、Nd中的一种或多种；Nb2O5 0? 5-5mol%〇进一步的，其中，BaO5-20mol%和 / 或ZnOl-5mol%和 / 或MgO0-5mol%。进一步的，其中，MO10_20mol%。进一步的，其中，Y203 0-3mol%和 / 或La2O3 0-3mol%和 / 或Nd2O3 0-3mol%。进一步的，其中，Al2O3 2-10mol%。 进一步的，其中，BaO10_18mol%。 进一步的，所述玻璃的荧光寿命的范围是315-325ys。 进一步的，所述玻璃的非线性折射率112为1. 16~1. 24 (10_13eSu)。 进一步的，所述玻璃的受激发射截面〇为4. 0~4. 8(l〇-2°cm2)。 进一步的，所述玻璃的热光系数ds/dT(20-60°C)为1~2(10_7/K)。 本专利技术的有益效果是：本专利技术通过合理配置各组分及其含量，得到的磷酸盐 激光钕玻璃的非线性折射率n2为1. 16~1.24(l(T13eSu)，受激发射截面〇为4.0~ 4. 8(l〇-2°cm2)，热光系数ds/dT(20-60°C)为1~2(1(T7/K)，适用于高功率激光装置。【附图说明】 图1为本专利技术实施例6的玻璃的吸收光谱。 图2为本专利技术实施例6的玻璃的荧光光谱。【具体实施方式】 下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范 围。 本专利技术技术路线是在不明显增大钕玻璃非线性折射率n2和热光系数ds/dT的前 提下，引入一定量的阳离子电场较弱的氧化物，以增大Nd3+周围的配位常的非对称性，从而 提高钕玻璃的发射跃迀几率Arad。受激发射截面〇与发射跃迀几率的关系如下： 式（1)中：Ap是钕玻璃发射光谱的峰值波长；c为真空中的光速；n为波长Ap的 折射率；△Aeff为玻璃荧光发射谱的有效线宽。 具体的，本专利技术的玻璃配方中引入了折射率小的一价碱金属氧化物Li20、Na20、K20 中的一种或多种，以及折射率小的二价碱土金属氧化物MgO、ZnO、BaO中的一种或多种，以 降低磷酸盐激光钕玻璃的折射率和色散，达到降低非线性折射率112的目的；同时，在不明显 影响玻璃受激发射截面的前提下，适当引入Al2O3不仅可以提高玻璃的化学稳定性，还可以 降低玻璃的热光系数dS/dT，即强激光引起的温度变化不会导致光程的变化。 磷酸盐激光钕玻璃的发射跃迀几率Arad大的原因是Nd3+配位场的非对称性。硅酸 盐玻璃的阳离子电场愈强，网状结构的变形和Nd3+配位场的非对称性愈大；与此相反，由于 磷酸盐玻璃的阳离子作用是进行链连接的，因此阳离子电场越弱，链连接状排列愈不规则， Nd3+周围的配位场的非对称性也就愈大。因此，在不明显提高非线性折射率1!2的前提下， 引入一定量的阳离子电场弱的Y203、La2O3等氧化物，可以显著提高钕玻璃的发射跃迀几率 Arad，从而提高钕玻璃的受激发射截面。 本专利技术的磷酸盐激光钕玻璃的制备方法，可以包括以下步骤： 1)选定玻璃配方，称量各原料； 2)将原料充分混合均匀，形成混合料；3)将碳化硅熔炉升温到1300-1400°C，将所述的混合料分20_25Kg/h均匀地加入 到碳化硅熔炉中的石英化料槽中； 4)在所述的石英化料槽中通入02+〇：1 4混合气，气流量为1-2L/分钟； 5)停止通气后，将玻璃液注入铂金坩埚，在1350-1450°c下对玻璃液澄清3-4小 时； 当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
磷酸盐激光钕玻璃，其特征在于，其组成成分的摩尔百分比组成包括：P2O5 50‑70mol％；Al2O3 1‑15mol％；MO 5‑25mol％，其中，M为Ba、Mg、Zn中的一种或多种；R2O 10‑20mol％，其中，R为Li、Na、K中的一种或多种；R2O3 0.5‑5mol％，其中，R为Y、La、Nd中的一种或多种；Nb2O5 0.5‑5mol％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：莫大洪，于天来，苏学剑，
申请(专利权)人：成都光明光电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51