核聚变用的激光玻璃有哪些？

核聚变用的激光玻璃有哪些？ 核聚变用的激光玻璃虽然激光玻璃在小功率激光器方面，大都被激光晶体所取代，但是超大功率激光器用的大型棒状和盘状工作物质仍要用钕激光玻璃来制造。迄今，核聚变用的激光玻璃，要求有高放大率和低非线性折射率系数，折射率系数与施加于激光器的电场强度的平方成正比。激光玻璃的放大率G用下列方程表示: 二。式中:N为转化场强，口为诱导发射截面。如方程所示，要提激光器在高强度电场中的折射率，用下列方程表示，N二No+N，E。式中，N:为非线性折射率系数，E为施加的电场强度，No为非激光场(非电场)内的折射率系数。如果非线性折射率系数高，那么激光就要产生聚焦，使激光玻璃破裂而不能继续使用。因此，要求激光玻璃应具有尽可能低的非线性折射翠系数。换言之，N:的数值愈低，激光的功率则愈强。通常，功率为几个GW,gill。时(GW为百万瓧)，叮用于毫微秒级的激光脉冲，而当功率为数百个GW,cfnz时，则用于微微秒级的激光脉冲。当N:最低时，即使高于上限功率，激光玻璃也不会受到破坏。但是，普通硅酸盐基质激光玻璃的口为3。0—4(0X10—:OcinZ，N，为1(5—2(0X10—Ioe，s、u(静电单位)一般说，当N2为1(2X10?:。静电单位左右时，激光玻璃则不会受到破坏。 美国专利介绍了诱导发射截面高，非线性折射率系数低，耐酸性和抗失透性优良的磷酸盐基质激光玻璃，该玻璃可制成激光棒和激光盘，而且没有上面所提到的普通激光玻璃所存在的问题。这种新型激光玻璃的。为4(20—6(50X10?:OcI:llZ，Ns为0(7一1(4x10—18e、S，u，也就是说，这种激光玻璃的诱导发射截面，比普通激光玻璃高60—100,，非线性折射率系数N:比普通激光玻璃低40—5096，用1,100当量的HNO。于100?下将玻璃样品处理后，其重量损失Da约为0(15,，这表明这种激光玻璃具有优良的耐酸性。玻璃的抗失透性用Tg,LT(Tg是转变温度，LT是液相温度)的比值表示，这个值约等于0(4。它表明抗失透性良好。上述主要性能说明，这种磷酸盐基质激光圾璃，可以制造核聚变领域 的肢璃激光系统中的激光棒和激光盘。当这种激光玻璃成分中的金属氧化物，部分地或全部用等效的金厉氟化物置换时，则能进一步降低非线性折射系数。邓将美同专利巾任选的两种玻璃成分(摩尔96)和性能的具体数据介绍如下:磷酸盐基质激光玻璃的制造工艺如下:把各种组分均匀混合，炉料用铂坩埚或陶瓷坩埚在1200',,,1500?下熔化3,,,5小时，然后澄清，在900,1100?下搅拌，均化4,10小时后再成型。所育的操作都在大气中进行。在使用氟化物时，炉料要在900,1100?下熔化和澄清。熔化时氟不能挥发。由于氟化物倾 向于在玻璃中生成条纹，所以含氟玻璃的熔炼和成型要慎重操作。成型后的玻璃要进行精退火，消除残余应力，以便制成无应力的大型激光玻璃棒。退火温度约为45?，保温后按0(25?,0(50?,,J、时的速率降温。 三、激光防护滤光片激光光束是能量极高的光源，而激光辐射的总能量大都集中在红外波长区的近红外部分。造成危害，因此，特别需要对从事激光工作人员的胆睛加以防护，并抵御存现代战争条件下可能使用的激光致旨武器。眼镜、面罩、护目镜等形式的滤光镜巳被用来防护这种高能辐射。然而原有的激光防护滤光片大都是合成塑科薄膜，靠其中的元素铜或铜离子产生滤光作用。 例如:?一种是内部分布有元素铜粒子的薄膜，它的滤光作用系基于光的散射，?男一种是在已成型的塑料薄膜表面卜吸附有机染料，然后把;i9膜贴置存玻璃片上。如把聚乙烯髓酯薄膜浸入含水的芋传溶液中并干燥，然后再浸入含有氧化剂(如可溶忭铜盐)的溶液中。此时，薄膜表面上的染节:?吸收红外辐射。有机染料与该盐发生反应，可生成氧化物的混合物和衍生物，从而具肓重这的吸收带。?把初加工的合成塑料薄膜浸入铜盐溶液，:小铜盐即可分散在薄膜表面上，而且薄膜表面上会产生许多微孔。这种盐具有表面吸收辐射的作用。上述形式的薄膜滤光片要粘贴在玻璃或类似的镜片上。滤光片的吸收性能要受到薄膜厚度及其中吸收离子数量的限制。此外，因为这是薄膜材料对辐射产生的吸收，因此会增加吸收所产生的热量，从而很快使薄膜产生了分解并遭到破坏。 国外文献介绍了一种用于钕激光防护滤光片的玻璃，它们可直接用来制造眼镜，护目镜的镜片。这种光学滤光片的主要特征是利用对眼睛敏感的峰值中心，即钕激光器的窄带特性来达到高的光透过率。由于滤光片在可见光范围内具有窄带吸收特性，故可透过人眼通常易于辨别的颜色(这种玻璃滤光片既能吸收钕激光器辐射的530um的。倍频”频率，又能吸收它的1(06弘m的基本辐射。 改变基质玻璃成分能使吸收带变宽，增大吸收率或者能使吸收带向长波方向移动。所用的基质玻璃为硼硅酸盐、磷酸盐和镧酸盐，它们要比的硅酸盐玻璃优越。图7—13是厚度为3(5mm的硼硅酸盐玻璃激光片在可见光谱区的吸收曲线。它的Er:O。含量为45,(重量,，下同)。通常，这种玻璃滤光片可含1,?5,的Er。Os和能生成Fe2+离子的化合物。此外，还可添加能产生Cu:+离子的化合物。Er8+的吸收峰在448，515和530nm，吸收带的强峰值集中在520nm处。具有眼镜片质量的基质玻璃含有30—75,的Er:O，，制成的滤光片在530、515和488nm波长处的光密度约为3(5-该玻璃在熔炼时未失透。 含30，40和50,Er:Oa的硼硅酸盐玻璃显示出了类似的特性。含50,Er:Os的硼硅酸盐玻璃，厚度为lmm时在530nm的光密度为1，而上述的3(5光密度值是把玻璃厚度增加到3(5mm时得到的。这一厚度是安全玻璃(眼镜片)的标准厚度。含30,40,Er20。的镧酸盐基质玻璃，也显示出了类似的吸收曲线。磷酸盐玻璃中的铒含量可以高一些。欲加宽520nm处的吸收带，在一定程度上取决于玻璃的组成。530nm处的吸收可能是由533nm的侧吸收带所引起，也可能是加宽了520nm的吸收峰所造成的，或者是二者综合的结果。通常是在加宽这种峰值的条件下，从提高光密度中所得到的有利因素，和由于加宽峰值而降低可见光透过率所造成的不利因素之间WWW.DONGSH.NET通过调整基质组成，制成这样的折衷物是有可能的。为了防御1(06p(m的钕激光，玻璃中的Fe”离子与Er, 所生成的Er。+的结合便可吸收该波长的辐射。玻璃中铁化合物的含量为1,20,，可用氧化铁，氯化铁， 硝酸铁、硫酸铁等形式引入。这种滤光片可用两种制造。(1)在同一种玻璃中把Er8+和Fe2+离子结合起来，制成一种基质玻璃并成型为眼镜片和防护镜片，(2，把含Fe2+离子的磷酸盐玻璃，和含Ers+离子的硼硅酸盐玻璃制成两种镜片，然后迭加成组合镜片，它同样具有滤光片所要求的效能。此外，含4,CuO和30,Er。O。的磷酸盐玻璃，对694和1060nm的波长能具有补充的防护作用。 光器发射1060nm的辐射，砷化镓激光器发射840,900nm的辐射，氩激光器为515和488nm的辐射等。由于激光束的能队极高，所以保护靠近激光器工作的人员，不看或看不见激光辐射是绝对必要的、激光器的种类在不断增加，所发射激光波长的波段种类也在增加，因此工作人员对各种激光波长的队护必然要随之扩大。防御激光的措施也必须随之付清字施。节些激光辐射在红外或近红外区，而有一些巳扩展至，I可见光谱区。实际上，要滤掉危昤光线用的宽带光学滤火片’，邗然不能用于激光波长的干个范围。因为，如若滤此卜朴激光器所发射的一切波长，即屏蔽从奸外到韩个的可叮产卅，那么佩戴这种防护镜的人必将什么也看不到。因此，3;,朴定澈光器发射的主要波长，具有选择性吸收的滤光片才能沁足使甲要求。同外文献介绍了升学滤光片可用于防护多波长的激光辐射，这种眼镜片的基质玻璃中含有可生成Cu”、Era+和Ces+离子的化合物。这些离子的组合可吸收激光器发射的下列波尺的激光束:694、]060、530，515和488nm~而且，还能吸收约宝石的倍频频率及其它激光器在紫外光谱区的发射。光谱特定滤光片用的基质玻璃，会影响丹潸曲线的形状，尤其要影响有关波长吸收带的陡度。特别是在使用Ce。+时，能使这种基质玻璃达到所需枣的吸收率和吸收带宽。例如，可给巳知的磷酸盐玻璃掺杂50,的Er。O。，4,的CuO和0(3,的CeO:。将这些化合物与玻璃的其它成分充分混合，按光驾;:砷璃的生产方法进行熔制，然后制成3(5mm厚的平板，其光密度可达到3(5，这种光学滤光片能有效地吸收1060、840,多20