淺談激光玻璃的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

    在固體激光器中，能產(chǎn)生激光的晶體或玻璃被稱為激光工作物質(zhì)。激光工作物質(zhì)由基質(zhì)和激活離子兩部分組成，基質(zhì)材料為激活離子提供了一個(gè)合適的存在與工作環(huán)境，而由激活離子完成激光產(chǎn)生過程。激光玻璃是以玻璃為基礎(chǔ)摻人一定的激活離子制成的激光工作物質(zhì)。在玻璃中已實(shí)現(xiàn)激光的激活離子主要是稀土離子：如Yb3+、Gda+、Nd3+Era+、Ho”、Tm3+等。摻釹玻璃由于能在室溫中產(chǎn)生激光，溫度猝滅效應(yīng)小，光泵吸收效率高和發(fā)光的量子效率高，是目前最主要的激光玻璃。激光玻璃是發(fā)展最快、應(yīng)用范圍最廣的固體激光材料之一。
　　
　　激光玻璃的應(yīng)用:
　　
　　1960年發(fā)現(xiàn)激光，1961年激光玻璃問世。激光玻璃已被應(yīng)用于各類激光器中，并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(dǎo)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制品的大型激光器已用于熱核聚變的研究中，用來啟動(dòng)核聚變反應(yīng)。激光誘發(fā)核聚變與磁控聚變相結(jié)合，已成為產(chǎn)生可控?zé)岷四艿闹饕緩健ｋS著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，激光玻璃的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

　　激光玻璃的特點(diǎn):
　　
　　激光玻璃發(fā)展迅速的主要原因是它本身性質(zhì)和制造工藝方面有晶體材料不具備的優(yōu)點(diǎn)：基質(zhì)玻璃的形成范圍大，加入不同種類和數(shù)量的激活離子，能獲得具有不同特點(diǎn)的激光玻璃；易于制備成具有要求性能、尺寸和形狀的激光玻璃；玻璃近程有序和遠(yuǎn)程無序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其通過光學(xué)玻璃工藝能夠獲得高透明度、各向同性、光學(xué)均勻、大尺寸的制品；利用熱成形及冷加工工藝，可制成不同形狀的激光玻璃：既可拉成直徑小至幾微米的纖維，又可制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，制備工藝比較容易實(shí)現(xiàn)，制造周期較短。
　　
　　激光玻璃的性質(zhì):
　　
　　激光玻璃由基礎(chǔ)玻璃摻人激活離子構(gòu)成。它的物理化學(xué)性質(zhì)主要由基礎(chǔ)玻璃決定，光譜性質(zhì)主要由激活離子決定。基礎(chǔ)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(zhì)。激光玻璃作為固體激光器中的工作介質(zhì)，需具備下述性質(zhì)：良好的透明度，基礎(chǔ)玻璃應(yīng)盡量不吸收激發(fā)激光的波長，使激發(fā)能量充分地被激活離子吸收，轉(zhuǎn)化為激光；良好的光學(xué)均勻性，使激光激發(fā)有低閾值，高效率；良好的熱穩(wěn)定性，保證非輻射躍遷產(chǎn)生的熱量不至于破壞玻璃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)；激活離子的發(fā)光機(jī)構(gòu)中必須有亞穩(wěn)態(tài)，并有較長的壽命，使粒子數(shù)易于積累，達(dá)到反轉(zhuǎn)；激光玻璃有適當(dāng)?shù)奈展庾V性質(zhì)，在激發(fā)源的輻射光譜內(nèi)有寬而多的吸收帶和較高的吸收系數(shù)。
　　
　　激光玻璃的制造工藝激光玻璃制造工藝要注意三個(gè)方面的問題。第一，原料純度的要求。原料應(yīng)盡可能少含或不含鐵、銅、鉛、鈷等過渡金屬元素，因?yàn)樗鼈冊谧贤夂图t外都有強(qiáng)的吸收，使玻璃的透明度下降，增加玻璃基質(zhì)對激發(fā)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(zhì)坩堝熔制，磷酸鹽激光玻璃用透明石英或鉑坩堝熔制。
　　
　　采用優(yōu)化的溫度和氣氛制度控制耐火材料的熔蝕，保證玻璃的質(zhì)量和光學(xué)玻璃性能。第三，工藝過程的要求。注意消除玻璃中的羥基，激光玻璃中的羥基與Nd3+相互作用，產(chǎn)生Nd3+激發(fā)態(tài)能量向羥基轉(zhuǎn)移，使Nd3+熒光壽命變短，量子效率下降。羥基在紅外3．5肚m處有強(qiáng)烈吸收，該波長的吸收系數(shù)可以用來衡量羥基的含量。消除羥基的工藝方法包括：通人干燥氣體、加氟化物、氣氛法等。通人于燥氣體消除羥基屬于物理法，這種方法在氣體與玻璃料形成平衡之后不再起作用，所以除羥基的量是有限的。另外兩種方法屬于化學(xué)法，通過化學(xué)反應(yīng)使羥基生成HF或HCl而排出。如在硅酸鹽玻璃中加入氟化物和在磷酸鹽玻璃中通入CCl4氣體控制氣氛.

有機(jī)玻璃的用途

有機(jī)玻璃具有以上優(yōu)良性能，使它的用途極為廣泛。除了在飛機(jī)上用作座艙蓋、風(fēng)擋和弦窗外，也用作吉普車的風(fēng)擋和車窗、大型建筑的天窗（可以防破碎）、電視和雷達(dá)的屏幕、儀器和設(shè)備的防護(hù)罩、電訊儀表的外殼、望遠(yuǎn)鏡和照相機(jī)上的光學(xué)鏡片。

用有機(jī)玻璃制造的日用品琳瑯滿目，如用珠光有機(jī)玻璃制成的鈕扣，各種玩具、燈具也都因?yàn)橛辛瞬噬袡C(jī)玻璃的裝飾作用，而顯得格外的美觀。

有機(jī)玻璃在醫(yī)學(xué)上還有一個(gè)絕妙的用處，那就是制造人工角膜。如果人眼的透明角膜長滿了不透明的物質(zhì)，光線就不能進(jìn)入眼內(nèi)。這就是全角膜白斑病引起的失明，而且這種病無法用藥物治療。

于是，醫(yī)學(xué)家設(shè)想用人工角膜代替長滿白斑的角膜。所謂人工角膜，就是用一種透明的物質(zhì)做成一個(gè)直徑只有幾毫米的鏡柱，然后在人眼的角膜上鉆一個(gè)小孔，把鏡柱固定在角膜上，光線通過鏡柱進(jìn)入眼內(nèi)，人眼就能重見光明。