新型包装材料激光玻璃研究进展

【摘 要】由于国内外大型激光贯性约束聚变装置的兴建和光通信的迅速发展，磷酸盐激光玻璃，尤其是新型包装材料激光钕玻璃得到了前所未有的发展。本文将通过对新型包装材料激光玻璃的影响因素和表面性能的研究进展对新型包装材料激光玻璃进行介绍。

【关键词】包装材料激光玻璃 影响因素

引言

激光玻璃是一种固体激光材料，其基质是玻璃，由于声子能量适中、对稀土离子溶解度高、稀土离子在其中的光谱性能好、非线性系数小，因此在各类型固体激光器中被广泛使用。激光玻璃一直是光学材料领域的研究重点，目前国内外学者在这方面已经开展了大量研究工作。自1961年Snitzer发明激光玻璃以来，激光玻璃无论在品种还是在制备工艺方面都得到了很大的发展，它不仅以大块体的形式在惯性约束聚变装置中发挥了核心作用，还以光纤的形式在通信和测量等领域得到广泛应用。

1 激光玻璃的影响因素

激光玻璃作为一种新型固体激光材料，广泛应用于各类固体激光器中，现已成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。与激光晶体相比，其具有易于制备，易于改变基质成分，易于获得各向同性、大尺寸的工作物质等特点。但是，由于激光玻璃在原材料纯度、铂金颗粒及OH-等方面的特殊要求，因此要获得比较理想的激光材料物质，就必须采用一些特殊的工艺要求并对其影响因素进行研究。

1.1 工艺要求的影响

20世纪80年代，激光玻璃编写组[1]提出了激光玻璃必须满足的6点基本要求：①亚稳态和较长的寿命；②适当的光谱性质；③良好的透明度；④良好的光学均匀性；⑤良好的热—光稳定性；⑥良好的物理化学性能。这对于我国激光玻璃的研究和发展指明了方向。

姜敬陆等[2]对激光玻璃的工艺进行了研究，得到了一种新型的制造工艺。他采用将原材料球磨混合、玻璃熔炼时鼓入POCl3与O2混合气体的方法，不仅去除了激光玻璃中的OH-，降低了Pt及OH-在激光玻璃中的溶解度，而且增强了激光玻璃的激光特性和荧光寿命。

1.2 工艺参数的影响

于天来[3]分别研究了熔制温度、时间和氧分压等不同工艺参数对铂微粒含量的影响，得到了强氧化气氛、高熔炼温度可以显著消除磷酸盐激光玻璃中的铂微粒的结论。

曹亮军[4]利用反应气氛法除水工艺制备了掺钕磷酸盐激光玻璃，研究了O2+POCl3、O2+SOCl2两种不同除水剂的除水效率及同一除水时间、除水温度、通气流量下对掺钕磷酸盐激光玻璃的荧光寿命的影响。

唐景平[5]研究了采用连续熔炼工艺进行研制的N31激光玻璃的主要性能指标及其波动范围。测试表明，利用该工艺所制备的连熔N31掺钕磷酸盐的主要性能指标达到了投入高功率激光装置使用的技术要求。

1.3 金属离子的影响

卓敦水[6]对通过铜蒸气激光（CVL）散射法对掺钕磷酸盐激光玻璃中铂微粒夹杂物进行了检验。他利用高亮度超显微法的原理，研究了应用铜蒸气激光（CVL）散射法所检验掺铰磷酸盐激光玻璃中的铂微粒夹杂物。并将最终的检测结果与YAG激光破坏几率测试法进行对照，噶、发现两种方法所产生结果相当吻合。

徐永春[7]所做的Fe对N31型掺钕磷酸盐激光玻璃激光性能的影响研究，填补了国内杂志对掺钕磷酸盐激光玻璃影响的空白。讨论了在低Fe含量下（质量分数小于等于10-4），Fe在1053nm处的光吸收损耗以及Nd3+无辐射跃迁能量转移的变化规律，对掺钕磷酸盐激光玻璃在1053nm处光吸收损耗的控制具有一定指导意义。

徐永春和李顺光[8]分析比较了Cu、Fe金属杂质与稀土离子杂质对于激光玻璃光谱性能的影响，得到了对于生产掺钕磷酸盐激光玻璃具有重要意义的变化规律及经验关系式，并由此提出从原料和生产过程两方面严格控制磷酸盐激光玻璃中Cu、Fe含量，从而降低掺钕磷酸盐激光玻璃吸收损耗的建议。

徐永春[9]在其原有论文的基础上，深入研究了磷酸盐激光玻璃中杂质离子铁和铜对激光效率的影响。通过研究，他得出随着Fe离子的增长，激光玻璃的激光斜率效率呈e指数迅速降低，激光阈值呈二次方程形式迅速增加的结论，并且得到了Fe离子含量与斜率效率以及激光阈值之间的经验关系式。同时，他得出了在相同的掺杂浓度条件下，与Fe离子相比，Cu离子能够更加严重地降低钕玻璃激光性能的结论。这些结论对于如何定量控制激光玻璃原材料的杂质含量和提高激光玻璃的增益性能具有很好的指导意义。

2 激光玻璃的性能研究

施旗[10]研究了掺钕磷酸盐激光玻璃的光谱特性。他通过即添加Al2O3和F2改变了玻璃组分，并改进制备工艺来降低激光玻璃的热膨胀系数。通过测量和计算掺钕磷酸盐玻璃的热膨胀系数，分析了玻璃的热稳定性。得出了在基质玻璃中引入Al2O3降低激光玻璃的热膨胀系数，引入F2能够除水和降低玻璃声子能量的结论。

周彤[11]采用高温熔融的方法制备了激光玻璃成分分析标准物质，用于保证X射线荧光光谱仪测定特种玻璃成分时的准确性和量值统一，通过准确、快速测定激光玻璃中的各组分，从而控制和评价激光玻璃质量。

胡丽丽[12]对磷酸盐激光玻璃的研究进展进行了较为系统的概述，通过对掺钕、掺铒、掺镱磷酸盐激光玻璃的光谱特性、能级跃迁等方面的研究数据及性能概况，介绍了磷酸盐激光玻璃的研究进展，但是对于后续的发展展望一笔带过。

张宝安[13]研究了磷酸盐激光玻璃的化学机械抛光。他从磷酸盐激光玻璃的结构和成分入手，通过实验验证了在微酸性和中性条件下磷酸盐激光玻璃具有较高的抛光效率，并得出了在抛光液中添加pH值调节添加剂会保持抛光环境的酸碱性从而影响抛光效率和抛光质量的结论。

薄铁柱[14]对抑制激光玻璃自发辐射放大和寄生振荡效应的方法进行了论述，分别讨论了在硬包边和软包边情况下激光玻璃与包边材料折射率匹配以及对剩余反射率的影响，并采用分光光度计测量反射率的方法计算推导了在硬包边和软包边情况下剩余反射率的计算公式，并推导出普适的剩余反射率的计算公式。

陈月娥[15]将塞尔迈耶尔公式与色散曲线结合起来，通过计算得到了掺杂激光玻璃的本征频率和振子强度，进而计算出激光玻璃的吸收性能，根据结果从而得到优秀的激光玻璃配方。

3 展望

本文针对激光玻璃的影响因素及性能研究进展进行了研究，主要分析了其工艺要求、工艺参数及金属离子三类影响因素，同时也详细讨论了其性能的研究发展现状，对于激光玻璃的研究进展进行了一定的介绍。但是，激光玻璃的研究和发展还具有很多待深入之处。

如今激光玻璃的发展主要有两个方向：一是大型化的高功率激光器。近年来，各国相继建立高功率钛玻璃激光系统，以进行激光与等离子体的相互作用和激光核聚变的基础研究。二是激光二极管泵浦的全固化的高效小型化、集成化的紧凑型固体激光器。其现已被广泛应用于核聚变、高功率激光放大器和光纤激光器等领域。激光器的迅猛发展为激光玻璃的研究和创新提供了新的契机。对于激光玻璃的深入发展，也应当与激光器的实际应用相结合，进行更多的性能检测和评估，从而更好的推动两者之间的共同发展。

目前国内对于激光玻璃的研究逐渐增多，但是对于影响因素与性能之间的关系由于标准不一，结论也并不完全统一，从而导致对于激光玻璃的评价和分析也没有严格地标准。因此，对于激光玻璃的影响因素的探究和性能研究是有实际意义的。

同时，随着激光玻璃的迅速发展，激光玻璃在各领域都扮演着极其重要的角色。作为单色相干光源，其如今已广泛用于通讯、信息处理、工业、军事和医学等各个方面。但是，激光玻璃作为一种新型材料，仍然没有完全走入人民大众的生活中去，人们对其还知之甚少。因此，对于其研究仍然需要个更彻底和详细，从而争取早日成为一种民众都能普遍接触和利用的材料。

参考文献

[1]激光玻璃编写组.激光玻璃的工艺要求研究[J]激光玻璃，1978，5（2）：114-118.

[2]姜敬陆.掺钕磷酸盐激光玻璃的工艺研究[J]中国稀土学报，2003，21（2）：214-217.

[3]于天来.掺钕磷酸盐激光玻璃除铂工艺研究[J]长春理工大学学报（自然科学版），2013，36（3）：117-119.

[4]曹亮军.掺钕磷酸盐激光玻璃除水工艺[J]光子学报，2014，43（1）：1-4.

[5]唐景平.大尺寸连熔N3型掺钕磷酸盐激光玻璃的性能研究[J]中国激光，2015，42（2）：1-7.

[6]卓敦水.掺钱磷酸盐激光玻璃中铂微粒夹杂物的检验[J]中国激光，1994，21（1）：69-73.

[7]徐永春.杂质对N31型掺钕磷酸盐激光玻璃光谱性质的影响[J]中国激光，2006，33（10）：77-83.

[8]徐永春.杂质对掺钕磷酸盐激光玻璃光谱性质的影响[J]激光与光电子学进展，2006，42（10）：57-59.

[9]徐永春.磷酸盐激光玻璃中杂质离子铁和铜对激光效率的影响[J]无机材料学报，2015，30（3）：240-244.

[10]施旗.掺钕磷酸盐激光玻璃的光谱特性[J]发光学报，2005，26（3）：359-364.

[11]周彤.激光玻璃成分分析标准物质的研制[J].化学分析计算，2012，21（4）：7-9.

[12]胡丽丽.磷酸盐激光玻璃研究进展[J]硅酸盐通报报，2005，30（5）：125-129.

[13]张宝安.磷酸盐激光玻璃的化学机械抛光性能研究[J].中国激光，2007，34（3）：259-264.

[14]薄铁柱.激光玻璃包边后剩余反射率的测量和计算[J].光学技术，2012，38（3）：381-384.

[15]陈月娥.激光玻璃配方中的光谱性能[J].红外与激光工程，2013，42（9）：2426-2430.