[发明专利]掺钐、镱的红外吸收高铝硅酸盐微晶玻璃

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属类光电信息与功能材料领域，涉及一种适用于重频高能量激光器系统的，且具有在900-1600nm光谱范围吸收的，掺钐、镱的高铝硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

重频高能量激光器在激光武器、激光清洗、激光冲击强化、钛宝石泵浦源领域都有着广泛的应用需求。现有的用于重频高能量激光器中的增益介质主要有Nd³⁺:YAG晶体和掺钕激光玻璃。

目前，在高能量激光器装置中，氙灯仍然是最广泛使用于泵浦光源。分析氙灯的发射光谱和钕离子的吸收光谱可知，氙灯的主要输出光谱范围为400-1000nm，而钕离子的主要吸收峰为350nm，530nm，580nm，750nm，800nm和870nm左右，所以氙灯在875-1000nm的发射光谱将主要被激光器中的冷却液(水或者其他液体)所吸收，间接降低了冷却液对增益介质的冷却效率；另外，由于Nd³⁺:YAG晶体和掺钕激光玻璃的高受激发射截面，在大尺寸下，会形成寄生震荡，进而影响激光效率，所以，也需要在增益介质侧面使用在激光波长具有吸收的材料来抑制寄生震荡。

目前，在大尺寸片状高功率钕玻璃激光装置中，采用的掺铜的包边玻璃进行抑制其放大自发辐射(CN101976796B，抑制大尺寸片状激光钕玻璃放大自发辐射的方法；CN102875014B，激光玻璃的键合包边方法)，在该系统中，包边玻璃不影响泵浦光路，所以其在550-1200nm范围的吸收不影响激光效率，而在重频高能量棒状激光腔中，该玻璃会吸收氙灯在550-875nm的发射光谱，进而大幅度降低激光效率；而在Nd³⁺:YAG晶体激光腔中，国外目前用的是肖特和美国kigre公司的掺钐隔离管，该玻璃采用的为常规锂硅酸盐玻璃，虽然经过离子交换可提高抗热冲击能力，但制作工艺复杂，且强度提高有限，在高重频、大能量泵浦下会产生滤光管的炸裂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种掺钐、镱的高铝硅酸盐微晶玻璃及其制备方法，一方面实现在900-1600nm光谱范围的吸收，另一方面通过微晶化大幅度提高玻璃的抗热冲击性能，最终获得可满足重频高能量钕玻璃激光系统中使用的滤光微晶玻璃管或微晶玻璃片，实现大幅度降低钕玻璃在氙灯泵浦下的热畸变和抑制寄生震荡进而提高激光效率的效果。

本发明的目的，是通过如下技术方案实现的：

一种掺钐、镱的高铝硅酸盐微晶玻璃，该玻璃的摩尔百分比组成为：

SiO₂：40～50mol％，Al₂O₃：25～35mol％，MgO：5～15mol％，ZnO：0～15mol％；Li₂O：0-5mol％，TiO₂：0～10mol％，ZrO₂：0.5～2mol％，CeO₂：0～5mol％，Sm₂O₃：0.5～3mol％，Yb₂O₃：0～0.5mol％。

一种掺钐、镱的高铝硅酸盐微晶玻璃的制备方法，包括下列步骤：

①按基质玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃的重量百分比，然后称取原料，混合均匀，形成混合料；

②将所述的混合料放入坩埚中，置于1500～1600℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为2～8小时；

③退火：玻璃浇出后放入已升温至玻璃转变温度的马弗炉中，保温3小时后，以5～10℃/小时的降温速率降至200℃，再随炉冷却至室温；

④将退火后的基质玻璃升温至750～850℃，保温8～16小时，然后继续升温至900～1050℃，保温2～8小时，获得纳米微晶玻璃。

该微晶玻璃具有在900-1600nm光谱范围的吸收，适用于重频高能量钕玻璃激光系统中的滤光元器件。

本发明的技术效果如下：

本发明通过在高铝硅酸盐玻璃中加入钐、镱，使玻璃具有在900-1600nm光谱范围的吸收特性，一方面可抑制氙灯在875-1000nm的无效发射峰，降低增益介质中的热畸变，另一方便可抑制寄生震荡进而提高激光效率；通过氧化钛和氧化锆的同时引入，增加玻璃的整体析晶性能，进而显著提升玻璃的抗热冲击性能。

本发明制备的用于具有在900-1600nm光谱范围的吸收特性的微晶滤光玻璃，可降低增益介质中的热畸变和抑制寄生震荡进而提高激光效率；