應用範圍較廣的固體激光材料：激光玻璃

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激光玻璃

是一種以玻璃為基質的固體激光材料。它廣泛應用於各類型固體激光光器中，並成為高功率和高能量激光器的主要激光材料。激光玻璃由基質玻璃和激活離子兩部分組成。激光玻璃各種物理性質和化學性質主要由基質玻璃決定，而它的光譜性質則主要由激活離子決定。

在固體激光器中，能產生激光的晶體或玻璃被稱為激光工作物質。激光工作物質由基質和激活離子兩部分組成，基質材料為激活離子提供了一個合適的存在與工作環境，而由激活離子完成激光產生過程。激光玻璃是以玻璃為基礎摻人一定的激活離子製成的激光工作物質。在玻璃中已實現激光的激活離子主要是稀土離子：如Yb3+、Gda+、Nd3+Era+、Ho」、Tm3+等。摻釹玻璃由於能在室溫中產生激光，溫度猝滅效應小，光泵吸收效率高和發光的量子效率高，是目前最主要的激光玻璃。激光玻璃是發展較快、應用範圍較廣的固體激光材料之一。

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激光玻璃的特點

激光玻璃發展迅速的主要原因是它本身性質和製造工藝方面有晶體材料不具備的優點：基質玻璃的形成範圍大，加入不同種類和數量的激活離子，能獲得具有不同特點的激光玻璃;易於製備成具有要求性能、尺寸和形狀的激光玻璃;玻璃近程有序和遠程無序的結構特點，使其通過光學玻璃工藝能夠獲得高透明度、各向同性、光學均勻、大尺寸的製品;利用熱成形及冷加工工藝，可製成不同形狀的激光玻璃：既可拉成直徑小至幾微米的纖維，又可製成幾厘米直徑和幾米長的棒以及幾十厘米厚的玻璃板;成本較低，原料純度要求較低，製備工藝比較容易實現，製造周期較短。

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激光玻璃的應用

1960年發現激光，1961年激光玻璃問世。激光玻璃已被應用於各類激光器中，並成為高功率和高能量激光器的主要激光材料。如含釹玻璃光導纖維激光諧振器、含鉺玻璃光纖放大器等。無鉑夾雜的含釹磷酸鹽玻璃製品的大型激光器已用於熱核聚變的研究中，用來啟動核聚變反應。

激光誘發核聚變與磁控聚變相結合，已成為產生可控熱核能的主要途徑。隨著科學技術的不斷進步，激光玻璃的應用會越來越廣泛。

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激光玻璃的性質

激光玻璃由基礎玻璃摻人激活離子構成。它的物理化學性質主要由基礎玻璃決定，光譜性質主要由激活離子決定。基礎玻璃與激活離子相互作用、相互影響，決定激光玻璃的各種性質。

激光玻璃作為固體激光器中的工作介質，需具備下述性質：良好的透明度，基礎玻璃應盡量不吸收激發激光的波長，使激發能量充分地被激活離子吸收，轉化為激光;良好的光學均勻性，使激光激發有低閾值，高效率;良好的熱穩定性，保證非輻射躍遷產生的熱量不至於破壞玻璃的結構與性質;激活離子的發光機構中必須有亞穩態，並有較長的壽命，使粒子數易於積累，達到反轉;激光玻璃有適當的吸收光譜性質，在激發源的輻射光譜內有寬而多的吸收帶和較高的吸收係數。

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激光玻璃的製造工藝

激光玻璃的製造工藝激光玻璃製造工藝要注意三個方面的問題。第一，原料純度的要求。原料應儘可能少含或不含鐵、銅、鉛、鈷等過渡金屬元素，因為它們在紫外和紅外都有強的吸收，使玻璃的透明度下降，增加玻璃基質對激發能量的吸收，使激光玻璃溫度升高，影響玻璃的激光性能。第二，耐火材料的要求。耐火材料對所熔化的激光玻璃有良好的耐侵蝕性，如硅酸鹽激光玻璃用莫來石或高嶺質坩堝熔制，磷酸鹽激光玻璃用透明石英或鉑坩堝熔制。

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激光玻璃必需滿足些基本要求:

(1)激活離子的發光機構中必需有亞穩態，形成三能級或四能縱機構；並要求亞穩態有較長壽命，使粒子數易於積累達到反轉；(2)激光玻璃必需有各種適串的光譜性質；(3)激光基質玻璃必需有良好的透明度，尤其是對激光波長的吸收應儘可能低；(4)激光玻璃必需有良好的熱光穩定件；(5)激光玻璃必需有良好的物理化學性能。

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