激光玻璃

以玻璃为基质的固体激光材料

激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料。它广泛应用于各类型固体激光光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。

激光玻璃的特点

用玻璃作为激光工作物质的特点是：可以广泛改变化学组成和制造工艺以获得许多重要的性质，如荧光性、高度热稳定性、热膨胀系数小、负的温度折射系数、高度的光学均匀性，以及容易得到各种尺寸和形状、价格低廉等。

激光玻璃由基质玻璃和激活离子构成。激光玻璃的各种物理化学性质主要取决于基质玻璃，而它的光谱特性主要由激活离子决定，但它们之间也存在相互联系和影响。在新型激光玻璃的研究开发中，两者之间的相互关系非常重要，直到20世纪80年代中期，基质玻璃体系主要是硅酸盐、磷酸盐和氟磷酸盐，近年来氟化物激光玻璃的研究十分活跃，是一类优异的激光基质材料，氟化物玻璃的声子能量较低，因此无辐射、跃迁很小，这一特性在上转换激光的开发中尤为有利，激光玻璃的激活离子主要是稀土离子。

激光玻璃生产条件

(1)激活离子的发光机构必须有亚稳态，形成三能级或四能级结构，并要求业稳态有较长寿命，使粒子数易于积累达到粒子数反转。

(2)激光玻璃必须有合适的光谱性质，吸收光谱要与光泵的辐射光谱尽可能重叠，以提高激活能量；荧光光谱要求谱带少面窄，荧光的量子效率高。

(3)基质玻璃要有良好的透明度，对激光波长的吸收应尽可能小，所以要求在激光波长附近产生吸收的杂质的含量应尽可能少。

(4)必须有良好的均匀性，良好的化学稳定性，失透性小，有一定的机机强变和良好的光照稳定性。

(5)必须有良好的热光稳定性，热光系数要尽可能小。

实用的激光玻璃系统

在激光玻璃中，最重要的是钕玻璃。Nd3+几乎能在所有的无机玻璃中产生荧光，于许多玻璃系统中都能产生受激发射。但具有实用意义的玻璃基质却只有以下三种玻璃系统。

1)硅酸盐系统玻璃。硅酸盐系统玻璃是使用范围最广的激光玻璃。硅酸盐系统钕玻璃具有荧光寿命长、量子效率高、物化性能好（失透倾向小、化学稳定性好、机械强度高）、生产工艺较简单且成熟等特点，一般用于高能和高功率输出激光器。

2)硼酸盐及硼硅盐系统玻璃。含硼玻璃的荧光寿命较短、量子效率较低，但Nd3+在其中的吸收系数较高，热膨胀系数较低。因脉冲振荡的阈值能量与荧光寿命成正比，硼玻璃虽荧光寿命短而吸收系数高，可得到较低的阈值能量，适合于高重复率脉冲工作的激光器。

3)磷酸盐系统玻璃。磷酸盐系统玻璃的荧光寿命较短，荧光谱线窄，Nd3+在其中的近红外吸收较强，有利于光泵能量的充分利用。由于在制造工艺上的困难，如其对耐火材料坩埚的侵蚀严重、光学均匀性差等，限制了它的广泛应用。然而，通过调整玻璃的成分可获得热光系数很小的磷盐玻璃，因此近来颇受关注，已用于重复频率器件上。

激光玻璃和激光晶体区别

激光玻璃和激光晶体都是固体的激光工作物质。二者不同点是：玻璃材料中的激活离子处于无序结构的固体玻璃基质中，而激光晶体材料中的激活离子处于有序结构固体晶体基质中。虽然大部分在玻璃中能产生激光的激活离子，在晶体中都能产生激光，而且荧光机构也是相同的。但是，基质不同，激活离子的行为略有差异：在玻璃中主要取决于玻璃介质的极化作用，而晶体基质的影响主要取决于晶格场的作用，表现出的光谱特性也有所不同。同时，基质本身的物理、化学性质不同，使它们能适用于不同的应用目的。

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