[發明專利]一種稀土離子摻雜光熱敏折變激光玻璃陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201811056282.1
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109052968B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 程光華;李瑋楠;張云婕;王旭
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: C03C10/00
• 分類號: C03C10/00;C03C23/00;C03B19/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 倪金榮

本發明涉及激光器技術領域，具體涉及一種稀土離子摻雜光熱敏折變激光玻璃陶瓷及其制備方法，實現PTR玻璃的功能擴展。本發明向光熱敏折變玻璃中添加稀土氧化物制備激光玻璃陶瓷，其主要組分為SiO₂、Na₂O、Al₂O₃、ZnO、La₂O₃、NaF和KBr等，制備方法為：配料混料，經高溫熔融、攪拌澄清、均化后，澆鑄成型，成型后的玻璃進行退火處理，再經超短脈沖激光曝光后熱處理，得到激光玻璃陶瓷樣品。采用超短脈沖激光曝光稀土離子摻雜的PTR玻璃，可對玻璃的空間有選擇性地進行結構改性，從而實現PTR玻璃的功能擴展；曝光后無需進行“兩步法”熱處理，只需要在結晶溫度進行熱處理即可，大大簡化了制備工藝，且可得到能直接探測到的納米結晶顆粒。

技術領域

本發明涉及一種激光玻璃陶瓷及其制備方法，具體涉及一種稀土離子摻雜光熱敏折變激光玻璃陶瓷及其制備方法。

背景技術

光熱敏玻璃是指在以硅酸鹽為主體的玻璃內部添加對紫外光和溫度敏感的某些添加劑，使該玻璃在紫外曝光和熱處理后出現感光影像。

早在1947年美國康寧公司就首次發表了一篇關于成功制備光敏玻璃的報道。隨后1950年該公司又報道了通過在硅酸鹽玻璃中摻雜鹵族元素來制備光致乳濁玻璃(PhotosensitivelyOpacifiable Glass)的研究。該光致乳濁玻璃的主要組成體系為SiO₂-Na₂O-Li₂O-Al₂O₃-ZnO-CeO₂-Ag-F，其在剛剛制備出爐時完全透明，但經過紫外(300-350nm)曝光及“兩步法”熱處理(第一步：升溫至450-500℃，使Ag原子聚集成晶核；第二步：升溫至500-550℃，促使微晶以銀晶核為生長點，生長微晶)1～2個小時之后，紫外曝光區域會變成乳白色，造成該現象的主要原因是曝光區域內生長的大尺寸結晶顆粒對可見光產生了強烈的散射。該光致乳濁玻璃中的微晶成分主要為NaF、NaBr以及[LiO₂·SiO₂]。

1990年，Glebov等人又研制出了多色玻璃(Polychromatic Glasses)，但是該玻璃制備出的體布拉格光柵仍無法達到高衍射效率的要求。

隨后Glebov等人制備了光熱敏折變玻璃(Photo-Thermo-RefractiveGlasses)，即PTR玻璃，其具有良好的透光性、熱穩定性以及良好的光熱敏性，在經過紫外曝光和熱處理后可產生NaF結晶顆粒，由于NaF的折射率(n＝1.32)要遠遠小于光熱敏折變玻璃的折射率(n＝1.49)，并且結晶顆粒尺寸較小，在可見光區域不會產生強烈的散射現象，所以該玻璃不僅可以滿足高折射率調制的要求，并且具有很高的透光率。在該玻璃上制備的體布拉格光柵的衍射效率可以高達98％，而且其激光損傷閾值可達10J/cm²。

基于PTR玻璃的全息光柵被廣泛的應用于光纖激光器、固體激光器的輸出鏡、半導體激光器的光譜窄化和穩頻、多波長光束合成、超短脈沖的展寬和壓縮以及角選擇近場濾波等激光技術領域。

在PTR玻璃中摻雜稀土離子(鐿、釹、鉺、銩、鈥)，可以使其在具備光敏和光熱敏折變的前提下兼備激光介質的增益特性，使其具有光譜發光和激光性能，將實現PTR玻璃的功能擴展，促使其向有源結構光功能器件、集成化光學器件方面發展。

固態激光器的激光工作物質主要有單晶和玻璃兩類。其中單晶熱導率高、增益高，但摻雜濃度低、制備成本高且工藝復雜；而玻璃具有制備工藝簡單、成本低、熒光譜線寬、摻雜濃度高、可做成大尺寸等優點，但熱導率低，抗熱沖擊性能較差。激光玻璃陶瓷作為介于陶瓷和玻璃之間的一種新型材料，集單晶及玻璃優勢于一身，有望在微芯片激光器、光纖放大器和高功率二極管抽運固態激光器領域成為新一代的激光工作物質材料。