[科普中国]-激光玻璃

激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料。它广泛应用于各类型固体激光光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。

激光玻璃的特点用玻璃作为激光工作物贡的特点是：可以广泛改变化学组成和制造工艺以获得许多重要的性质，如荧光性、高度热稳定性、热膨胀系数小、负的温度折射系数、高度的光学均匀性，以及容易得到各种尺寸和形状、价格低廉等。

激光玻璃由基质玻璃和激活离子构成。激光玻璃的各种物理化学性质主要取决于基质玻璃，而它的光谱特性主要由激活离子决定，但它们之间也存在相互联系和影响。在新型激光玻璃的研究开发中，两者之间的相互关系非常重要，直到20世纪80年代中期，基质玻璃体系主要是硅酸盐、磷酸盐和氟磷酸盐，近年来氟化物激光玻璃的研究十分活跃，是一类优异的激光基质材料，氟化物玻璃的声子能量较低，因此无辐射、跃迁很小，这一特性在上转换激光的开发中尤为有利，激光玻璃的激活离子主要是稀土离子。1

激光玻璃生产条件(1)激活离子的发光机构必须有亚稳态，形成三能级或四能级结构，并要求业稳态有较长寿命，使粒子数易于积累达到粒子数反转。

(2)激光玻璃必须有合适的光谱性质，吸收光谱要与光泵的辐射光谱尽可能重叠，以提高激活能量；荧光光谱要求谱带少面窄，荧光的量子效率高。

(3)基质玻璃要有良好的透明度，对激光波长的吸收应尽可能小，所以要求在激光波长附近产生吸收的杂质的含量应尽可能少。

(4)必须有良好的均匀性，良好的化学稳定性，失透性小，有一定的机机强变和良好的光照稳定性。

(5)必须有良好的热光稳定性，热光系数要尽可能小。1

实用的激光玻璃系统在激光玻璃中，最重要的是钕玻璃。Nd3+几乎能在所有的无机玻璃中产生荧光，于许多玻璃系统中都能产生受激发射。但具有实用意义的玻璃基质却只有以下三种玻璃系统。

1)硅酸盐系统玻璃。硅酸盐系统玻璃是使用范围最广的激光玻璃。硅酸盐系统钕玻璃具有荧光寿命长、量子效率高、物化性能好（失透倾向小、化学稳定性好、机械强度高）、生产工艺较简单且成熟等特点，一般用于高能和高功率输出激光器。

2)硼酸盐及硼硅盐系统玻璃。含硼玻璃的荧光寿命较短、量子效率较低，但Nd3+在其中的吸收系数较高，热膨胀系数较低。因脉冲振荡的阈值能量与荧光寿命成正比，硼玻璃虽荧光寿命短而吸收系数高，可得到较低的阈值能量，适合于高重复率脉冲工作的激光器。

3)磷酸盐系统玻璃。磷酸盐系统玻璃的荧光寿命较短，荧光谱线窄，Nd3+在其中的近红外吸收较强，有利于光泵能量的充分利用。由于在制造工艺上的困难，如其对耐火材料坩埚的侵蚀严重、光学均匀性差等，限制了它的广泛应用。然而，通过调整玻璃的成分可获得热光系数很小的磷盐玻璃，因此近来颇受关注，已用于重复频率器件上。

激光玻璃和激光晶体区别激光玻璃和激光晶体都是固体的激光工作物质。二者不同点是：玻璃材料中的激活离子处于无序结构的固体玻璃基质中，而激光晶体材料中的激活离子处于有序结构固体晶体基质中。虽然大部分在玻璃中能产生激光的激活离子，在晶体中都能产生激光，而且荧光机构也是相同的。但是，基质不同，激活离子的行为略有差异：在玻璃中主要取决于玻璃介质的极化作用，而晶体基质的影响主要取决于晶格场的作用，表现出的光谱特性也有所不同。同时，基质本身的物理、化学性质不同，使它们能适用于不同的应用目的。2

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学