Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 175
Текст из файла (страница 175)
Низкая теплопроводность и высокий температурный коэффициент линейного расширения. 2. Ограниченная область прозрачности (0,33...2,5 мкм), которая при введении примесей может еще более сужаться. 3. Сравнительно слабая фотохимическая стойкость. Сравнение свойств кристаллов и стекол показывает, что эти материалы дополняют друг друга и, следовательно, одинаково важны для лазерной техники. Возможность получения оптически совершенных активных элементов больших размеров позволяет получать от стеклянных лазеров очень большие энергии выходного импульса (до нескольких тысяч Джоулей). Кроме того, нз-за высокой оптической однородности активного материала КПД стеклянных генераторов может быть выше, чем у генераторов на кристаллах (см.
табл. 25.3). В то же время недостатки стенал, в особенности низкая теплопроводность, ограничивают область их применения в основном генераторами с небольшой средней мощностью излучения, т. е. с малой частотой следования им. пульсов. Стекла классифицируют по основе— стеклообразуюшему аннану — и по содержанию оксидов — модификаторов. Если основной составной частью стекла является кварц, то стекло называется силикатным; бура или борзый ангидрид — боратным; стекла с большим содержанием РЬО называют свинцовыыи и т.
д. (см. том 1, раздел «Стекло» на- Активные иатариолы твердотельных лазеров (равд. 25) Таблица 25.7. Составы лазерных стекол, % (мол.) ВЬ»Оз А1»оз НО Нас Тип стекла МВО СаО вао 885 в.о, к,о 12,5 12,2 0,2 75,1 56,7 5,7 13,0 0,2 0,6 14,6 71,6 1О 70 12,8 73,2 2,0 12,0 15 25 20 59 40 1О 0,19 10,8 0,75 ! 5,93 0,38 69,19 стоящего справочника) . Типичные составы лазерных стекол приведены в табл. 25.7. Наряду с силикатными стеклами в квантовой электронике большое значение имеют фосфатные стекла, позволяющие осуществлять эффективную сенсибилизапню. Применяются также фторбериллатные стекла, основу которых составляет Верь Их отличие от других групп связано с тем, что основу этих стекол составляют не кислородные, а фтористые соединення. Составы фторбернл.
патлых стекол могут быть следуюшиег Верз (Р)1,.70 %) — А1Гз (1О %) — Сарз (О... ...1О %) — МеГ (20 3«г), где Ме — это (лй Р)а, К, КЬ, Сз или Верз (60 з%«) — А!Гз (10 %)— Сарз (5%) — КГ (20%) — Мерз (5%), где Ме — это МВ, Вг, Ва, Хп, Сб, РЬ. Технология получения лазерных стекол почти не отличается от обычной технологии получения высококачественного оптического стекла (см. т. 1, раздел «Стекла» настоящего справочника), однако требования к чистоте исходных материалов, к оптической однород.
ности и совершенству стекол значительно повышены. Жесткие требования к чистоте исходных материалов связаны с тем, что наличие примесей, особенно тяжелых металлов, приводит к появлению нежелательного неактивного поглощения. Для сзекла, активированного Хбзэ, особенно вредны примеси двухвалентного железа, самария, прозеодима, эрбия, диспрозия, кобальта, никеля и меди, которые имеют полосы поглощения в области 1,06 мкм. На рис. 25.!2 приведены спектры поглощения, обусловленные наличием некоторых примесей в стенлах.
Для получения высокого качества лазерного стекла его часто варят 00 Баритовый крон Н1 †5-алюмосиликатное Натриевое силикатное Кальдневоборатиое Ыа — К вЂ” Ва-силикатн ое Баритовый крон фирмы «Америкэн Оптикэл кэмпани» 1.1 — Ва — На-силикатное компании «Иистман Кодак» Лантанбариевоборатное компании «Корнннг» Силикатное 0508 компании «Кернинг» в платиновых контейнерах, используя высоко- частотный нагрев.
Все стекла подвергаются стжигу для снятия напряжения и улучшения спектральных характеристик. %7504 00 000 ф7 0,0 0,0мкм рис. 25.12. Оптическое поглощение, обусловленное примесями в стекле КВ 1 — Гезозз 2 — ГеО; Л вЂ” СгзО»з 4 — Ъгзоз[+Чоз)' К вЂ” )ВО; Р— СаО. По осн арлннэт отложен спектральный лохзэзг«ль узел»ного поглощения й„ лрн С= 1 % (нас,) оксида э толщине стекла !О вн [5 Жб] Алтинироящигыа стекла К недостаткам стекол относятся их сравнительно слабая фотохимическая стойкость и невысокая термостойкость.
Под действием излучения накачки в стекле протеиают различные фотохимические процессы, приводящие к поянлению дополнительного неактивного поглощения. В частности, под действием ультрафиолетового излучения происходит носстаиовлеиие трехвалентного железа в двухвалентиое, которое поглощает излучение в области 1,06 мкм. В результате происходит старение стекла, активираванного неодимом, заключающееся в постепенном снижении его генерационных характеристик вплоть до исчезновении генерация.
Уменьшить этот эффект возможно путем применения специальных стеклянных фильтров или фильтруюших растворов, поглошающих часть спектра короче 0,4 мкм. Для увеличения фотохимической стойкости в стекло иногда вводят цернй. Применение фильтров также желательно и в связи с сильным поглощением ультрафиолетового излучения с Х(0,33 мкм, составляющего в балансе световой энергии импульсной лампы до 1О ж. Поглощение этого излучения стеклянным образцом происходит в основном в приповерхностиом слое толщиной 20...60 мкм. тепловыделение в нем резко возрастает вплоть до 10' Дж/с»~», и поверхностный слой при отсутствии охлаждения может разогреться до 800 'С.
Это обстоятельство довольно часто приводит к шелушению боковой поверхности активного элемента. Малая теплопроводность и высокий температурный коэффициент линейного расширения стекла приводят к появлению деформаций н напряжений в процессе рабаты, которые могут явиться причиной ухудшения параметров излучения и разрушения активного элемента. Наведенное двойное лучепреломленне оказывает влияние на распределение интенсивности по сечению луча и может явиться причиной поляризации генерируемого излучения. Термооптические свойства стекол характеризуются термооптической постоянной г'= =а!(л — 1)+Р»ь где а~ — температурный коэффициент линейного расширения стекла; ив поиазатель преломления; бгг=г(л/«Т.
Влияние термических искажений существенно зависит от геометрии активного элемента. Термические искажения лля плоскополяризованного излучения минимальны в образцах прямоугольного сечения, так как прн такой геометрии образца в ием возникают преимущественно линейные градиенты температурыы. В связи с этим в мощных усилителях н генераторах на стеклах целесообразно нс- пользовать активные тела прямоугольного сечения, где наведенное двойное лучепреломление сказывается меньше Основиыс параметры, технические требования и марки актнвироваиных неодимом лазерных стекол устанавливаются стандартамн ОСТ 3 — ЗΠ— 70 и ОСТ 3 †3993 вЂ.
Отечественные стекла марок ГЛС-!...ГЛС-14 имеют силикатную основу, а стекла ГЛС-21... ...ГЛС-24 являются фосфатными. Стекла марок ГЛС-1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8! 9; !О; 14: 21; 22; 23; 24 ранее обозначались как ЛГС- 228-2; КГСС-46-2: КГСС-46-5; ЛГС-224-5; ЛГС-247-1; ЛГС-247-2; ЛГС-250-3; ЛГО250-5; ГЛС-4П (ЛГС-24-5); КГСС-8Т; ГЛС-4; КГСС-1111; 1621; 1! 13 н 1115 соответственно. Основные физико-химичесиие свойства промышленных отечественных и некоторых зарубежных лазерных стекол, активированных неодимом, приведены в табл. 25.8. Действие нерегулярного поля лигаидов приводит к значительному неоднородному ушнреиию энергетических уровней оптических центров в активнрованиых стеклах.
Линии поглощения и люминесценции элементов с незастроенными За-оболочками (случай «среднего кристаллического поля») з стеклах очень широки ( =2000 см '). Энергетические уровни, а следовательно, и линии поглощения и люминесценпии элементов с незаполненной 4роболочкой в стеклах также уширены, ио значительно слабее (яз200 см ') из-за хорошей экранировки 4[-оболочки, и такие элементы применяются в качестве активаторов стекол. Поглощение и люминесценция ионов редкоземельных элементов являются следствием запрещенных электронных переходов внутри 4Лоболочки, Спектры некоторых из иих в силикатных стеклах представлены на рнс.
25.13. Индупированиое излучение получено в стеклянных матрицах с примесью всех трехвалентных редкоземельных ионов, однако наибольшее практическое значение имеет стекло с примесью трехвалеитного нона иеодима нследствие его высокой эффективности. Трехвалентиый ион неодима характеризуется конфигурацией внешних электронных оболочек 4[»бз'бр'. Наличие в оболочке 4[ трех электронов определяет большое число энергетических уровней этого иона. Так как 4[-оболочка хорошо экраннрована от внешних воздействий, то энергетический спектр, спектры поглощения и люминесценции ионов иеодима имеют сходный характер в кристаллах, растворах и стенлах. Как в кристаллах, так и в стеклах происходит расщепление уровней свободного иона из-за эффекта Штарка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
