СТЕКЛО
GLASS

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам оптических стекол, которые могут использоваться в качестве светофильтров, вставляемых в квантрон параллельно активному элементу для подавления паразитных мод моноимпульсных неодимовых лазеров при λ≈1,06 и 1,34 мкм. Могут эти стекла использоваться и в защитных очках, отсекающих лазерное излучение на указанных длинах волн.
2
2
3
2
3
Известно стекло состава, мас.%: (14-52)SiO, (20-38)AlO, (10-59)SmO (патент СССР №1334624 А1, 1987).
Недостатком известного стекла является высокая температура и большая длительность синтеза в окислительных условиях (T≈2000°С, t=4-6 часов), что ведет к высоким энергозатратам и невозможности использования при синтезе тиглей.
2
3
2
-
Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло состава, мас.%: (0,05-1,0)SmO, (0,001-0,010)ОН, остальное - SiO (патент РБ №5391, 1997).
-1
Недостатком известного стекла является невысокое значение линейного коэффициента поглощения света при λ≈1,06 и 1,34 мкм - k<1 см, что не позволяет использовать его в качестве светофильтра, подавляющего паразитные моды моноимпульсных неодимовых лазеров, а также в защитных очках.
2
2
3
2
3
2
2
3
2
3
2
3
Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является стекло состава, мас.%: (40-70)SiO, (6-25)AlO, (5-20)BO, (0-5)MgO, (0-15)CaO, (0-10)SrO, (0-30)ВаО, (0-10)ZnO, (0-3)TiO, (0-2)CeO, (0-1)МоО, (0-2)YbO, (0,001-5)SmO (патент США 2007 2007).
2
3
-1
Основным недостатком прототипа является относительно низкая концентрация SmO и соответственно невысокое значение линейного коэффициента поглощения света k~7 и 6 см при λ≈1,06 и 1,34 мкм. Это не позволяет использовать достаточно тонкие, а значит, и эффективно охлаждаемые светофильтры (их нагрев в процессе работы лазера обусловлен поглощением излучения ламп накачки и суперлюминесценции активного элемента), что, в свою очередь, накладывает ограничение на частоту повторения импульсов генерации из-за растрескивания светофильтра. Нельзя его использовать и в защитных очках из-за неполного поглощения лазерного излучения при обычно применяемых толщинах стекла ~2 мм.
-1
3+
Задачей предлагаемого изобретения является создание стекла со значением линейного коэффициента поглощения света ~30 см при λ≈1,06 и 1,34 мкм при сохранении высокого светопропускания в области полос поглощения ионов Nd. Это позволит, с одной стороны, снизить толщину изготавливаемого из такого стекла светофильтра и повысить эффективность его охлаждения в квантроне, а значит, увеличить частоту вспышек лампы накачки и следования моноимпульсов генерации неодимовых лазеров при сохранении высокого коэффициента полезного действия за счет эффективного подавления паразитных мод при λ≈1,06 и 1,34 мкм. С другой стороны, обеспечит практически полную отсечку лазерного излучения при использовании в защитных очках.
2
3
2
3
2
3
2
2
3
2
3
2
2
3
Для решения поставленной задачи стекло, содержащее ВО, AlO и SmO, дополнительно содержит GeO при следующем соотношении компонентов, мол.%: (15-29)BO, (1-5)AlO, (45-70)GeO, (10-25)SmO.
Стекло получали плавлением шихты в платиновом тигле при температуре 1450°С, после отливки стекло охлаждали между двумя стальными листами.
2
3
2
3
2
3
2
3
Уменьшение концентрации SmO ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения величины линейного коэффициента поглощения света при λ≈1,06 и 1,34 мкм; увеличение концентрации SmO сверх заявляемой нецелесообразно из-за ухудшения оптического качества стекла по причине появления кристаллизации. Введение BO используется для повышения растворимости редкоземельных оксидов, а введение AlO - для снижения кристаллизационной способности стекол; изменение концентрации этих ингредиентов слабо влияет на величину линейного коэффициента поглощения света при указанных длинах волн.
2
3
Составы заявляемого стекла и значения линейного коэффициента поглощения света k при λ≈1,06 и 1,34 мкм сведены в таблицу. Здесь же приведены значения k для прототипа с максимальной концентрацией SmO.
Таблица
№ образца
Состав, мол.%
k при λ=1,06 мкм, см<sup>-1</sup>
k при λ=1,34 мкм, см<sup>-1</sup>
GeO<sub>2</sub>
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Sm<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1
70
15
5
10
14
13
2
53
22
5
20
28
26
3
45
29
1
25
35
33
Прототип
7
6
На чертеже изображен спектр поглощения заявляемого стекла для образца 3.
3+
Видно, что заявляемое стекло прозрачно в области основных полос поглощения ионов Nd (при λ≈530, 580, 740, 805 и 880 нм) и приблизительно в 5 раз превосходит прототип по значению линейного коэффициента поглощения света при λ≈1,06 и 1,34 мкм.
2
3
Это обеспечивает ему преимущество при использовании в частотных неодимовых моноимпульсных лазерах в качестве светофильтра, вставляемого в квантрон параллельно активному элементу для подавления развивающихся перпендикулярно оси этого элемента паразитных мод при λ≈1,06 и 1,34 мкм. Пригодно оно также для изготовления очковых стекол, защищающих глаза от лазерного излучения с указанными длинами волн, поскольку при обычно используемой толщине таких стекол в 2 мм и максимальной концентрации SmO они обеспечат приблизительно 1000-кратное ослабление этого излучения.