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国内外激光玻璃研究进展

2013-01-08 09:31
kumsing
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  激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料,并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。激光玻璃因其具有单色性、能量密度高、相干性好等优点,广泛用于工业、农业、医学、军事、国防等领域。另外一个应用领域是核聚变领域。美国首先提出采激光玻璃触发聚变反应。

  激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃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。但是基质玻璃与激活离子彼此间互相作用,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有时还是相当重要的。作为激光玻璃的基质玻璃,目前大多采用光学玻璃,然而并不是任何一种光学玻璃接入任何一种激活离子都适合作激光玻璃。

        一、激光玻璃基本要求

  1.激活离子的发光机构中必需有亚稳态,形成三能级或四能纵机构;并要求亚稳态有较长寿命,使粒子数易于积累达到反转。为使激光玻璃有较高的效率和低的振荡值,从能级机构来讲,四能级优于三能级。而当终态能级与基态 能级之间能量间隔大于1000厘米-1时,在室温下终态能级几乎是空因此,在室温下泵浦也易于产生粒子数反转。目前已在玻璃中产生激光的各种激活离子,以Nd3+离子最佳,其为四能级机构,激光跃迁的终态与基态能级的间距约为1950厘米。

  2.激光玻璃必需有各种适串的光谱性质。其中包括吸收光谱性质,要求在激发光源的辐射光渐内有宽而多的吸收带,高的吸收系数,吸收光谱带与光源的辐射带的峰值尽可能重迭,这样有利于充分利用激发光源的能量;荧光光谱性质,一般要求它的荧光谱带少而窄,这样输出能量不致分散; 同时为使吸收的激发光能量尽可能多地转化为激光能量,还要求荧光的量子效率尽可能高,内部的能量损耗尽可能小。

  3.激光基质玻璃必需有良好的透明度,尤其是对激光波长的吸收应尽可能低。基质玻璃的透明度高,就能使光泵的能量充分地被激活离子所吸收,转化为激光。透明度降低 就增加了基质对光泵能量的吸收,而使激光玻璃温度升高,这会带来一系列缺点。目前光泵的辐射谱带大部分位于可见光及近紫外和红外区域,所以必须选择在该区域透明的材料。在无机玻璃中以氧化物和氟化物玻璃较为适宜。基质玻璃中若含有铁、铜、铅、锰、钻、镍等过渡金属元素的化合物.在近紫外到红外都有强的吸收,会使基质玻璃的透明度下降。在玻璃中引起激光波长吸收的主要来源是杂质。

  4.激光玻璃必需有良好的光学均匀性。激光玻璃的光学不均匀性使光线通过玻璃后波面变形和产生程差,促使其振荡阈值升良效率降低,发散角增加。

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