DE2308155C3 - Phosphate laser glass with the greatest possible devitrification resistance and high chemical resistance - Google Patents

Phosphate laser glass with the greatest possible devitrification resistance and high chemical resistance

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DE2308155C3
DE2308155C3 DE19732308155 DE2308155A DE2308155C3 DE 2308155 C3 DE2308155 C3 DE 2308155C3 DE 19732308155 DE19732308155 DE 19732308155 DE 2308155 A DE2308155 A DE 2308155A DE 2308155 C3 DE2308155 C3 DE 2308155C3
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Iwan Grigorewitsch; Krasilow Jurij Iwanowitsch; Poljakow Jurij Alexejewitsch; Solocha Alexandr Fedorowitsch; Tschapkin Wadim Wasilewitsch; Ellert Georgij Wladimirowitsch; Moskau; Buschiuskij Igor Michailowitsch; Korjagina Elisaweta Iwanowna; Moskowskaja; Ataow (Sowjetunion)
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Institut Obschtschej I Neorganitscheskoj Chimii Imeni N.S. Kurnakowa Akademii Nauk Ssr, Moskau
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Die Erfindung betrifft ein Laser-Glas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a laser glass according to the preamble of claim 1.

Ein derartiges Laser-Glas wird in der Quantenelektronik verwendet und dient zur Erzeugung und Verstärkung induzierter Strahlung, insbesondere in der Laser-Technik.Such a laser glass is used in quantum electronics used and serves to generate and amplify induced radiation, especially in the Laser technology.

Es sind Laser-Gläser bekannt, die Phosphorverbindungen, Oxide von Alkalimetallen und Oxide Seltener Erdmetalle enthalten.There are known laser glasses that contain phosphorus compounds, oxides of alkali metals and oxides less often Contains earth metals.

Zum Beispiel weist ein derartiges bekanntes Glas (vgl. GB-PS 11 77 731) folgende Zusammensetzung auf:For example, such a known glass (cf. GB-PS 11 77 731) has the following composition:

Oxide von Alkalimetallen (insbesondere 2 bis 40 Gew.-% Lithiumoxid),Oxides of alkali metals (in particular 2 to 40% by weight of lithium oxide),

Oxide Seltener Erdmetalle (insbesondere 1 bis 6 Gew.-% Neodymoxid),
30bis90Gew.-% Phosphoroxid, maximal 20 Gew.-% Aluminium- und/oder Zinnhalogenide.
Oxides of rare earth metals (in particular 1 to 6% by weight of neodymium oxide),
30 to 90% by weight of phosphorus oxide, maximum 20% by weight of aluminum and / or tin halides.

Derartige G läser finden bei einerReihe von Lasersyste- f>5 men Anwendung, die eine hohe spektrale Energiedichtc kohärenter Strahlung und geringe Schweüenenergien sicherstellen.Such glasses are found in a number of laser systems f> 5 Men application that have a high spectral energy density of coherent radiation and low sulfur energies to ensure.

60 Ein Nachteil dieser bekannten Laser-Gläser besteht darin, daß sie eine niedrige chemische Beständigkeit, insbesondere gegen atmosphärische Feuchtigkeit, und eine geringe Entglasungsfcstigkcit bzw. Kristallisationsgeschwindigkeit bei höheren Temperaturen (200 bis 7000C) aufweisen. Die Lebensdauer aus diesen Gläserr hergestellter aktiver Elemente wird dadurch wesentlich verkürzt, und die Fertigung großer aktiver Elemente mit hoher optischer Güte wird erschwert und verteuert. Wegen der geringen Entglnsungsfestigkeit treten im Glas bei seiner Herstellung feinkristallinc Gebilde und andere Einschlüsse auf, die die optische Homogenität und folglich die Beständigkeit der aktiven Elemente gegenüber Laserstrahlung herabsetzen. 60 A disadvantage of this known laser glasses is that they have low chemical resistance, especially against atmospheric moisture, and a low Entglasungsfcstigkcit or crystallization rate at higher temperatures (200 to 700 0 C). The service life of active elements produced from these glasses is thereby significantly shortened, and the production of large active elements with high optical quality is made more difficult and expensive. Because of the low peeling resistance, fine-crystalline structures and other inclusions appear in the glass during its production, which reduce the optical homogeneity and consequently the resistance of the active elements to laser radiation.

Man könnte die chemische Beständigkeit der obengenannten Laser-Gläser durch Erhöhung ihres Gehalts an Aluminiumoxiden und -salzen steigern. Dabei würde jedoch die Entglnsungsfestigkeit abnehmen sowie die Erweichungs- und Schmelztemperatur des Glases und seine Fähigkeit, Tiegclwerkstoffe aufzulösen, zunehmen, was schließlich das Auftreten feinkristalliner Gebilde und die Erhöhung des Gehalts an Glaseinschlüssen zur Folge hätte. Diese Einflüsse würden zu einer Erhöhung der Schwellenenergie, zu einer Senkung des Wirkungsgrads der Erzeugung von Laserstrahlung und der Beständigkeit der aktiven Elemente gegenüber Laserstrahlung, aber auch zu einer Verkürzung der Lebensdauer dieser aktiven Elemente führen.One could increase the chemical resistance of the above laser glasses by increasing theirs Increase the content of aluminum oxides and salts. In doing so, however, the decay resistance would decrease as well as the softening and melting temperature of the glass and its ability to make crucible materials dissolve, increase, which finally leads to the appearance of fine crystalline structures and the increase in the content would result in glass inclusions. These influences would lead to an increase in the threshold energy, too a decrease in the efficiency of the generation of laser radiation and the durability of the active Elements compared to laser radiation, but also to a shortening of the service life of these active elements to lead.

Die chemische Beständigkeit von Laser-Glas kann auf andere Weise erhöht werden, indem der Gehalt an Oxiden von Lanthan (und Thorium) erhöht und aus dem Glas Oxide einwertiger Elemente entfernt werden (vergleiche z. B. FR-PS 13 83 761 und US-PS 32 50 721). Derartige Gläser haben die folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent):The chemical resistance of laser glass can be increased in other ways by increasing the content of Oxides of lanthanum (and thorium) are increased and oxides of monovalent elements are removed from the glass (Compare e.g. FR-PS 13 83 761 and US-PS 32 50 721). Such glasses have the following composition (in percent by weight):

60.3 P2O5
13,4La2O3
60.3 P 2 O 5
13.4 La 2 O 3

23.4 BaO
2,9Nd2O3
23.4 BaO
2.9Nd 2 O 3

Allerdings finden sich bei diesem Stand der Technik keine genauen Daten über die physikalisch-chemischen und Laserstrahlungserzeugungs-Glaseigenschaften.However, in this state of the art there are no precise data on the physico-chemical and laser radiation generating glass properties.

Von den Erfindern durchgeführte Untersuchungen von Glas derartiger Zusammensetzung, das in Volumina von 500 ein1 hergestellt worden war, führten zu folgenden Kennwerten:Investigations carried out by the inventors on glass of such a composition, which had been produced in volumes of 500 to 1 , led to the following characteristics:

negative Absorption bei der Erzeugungsfrequenz:negative absorption at the generation frequency:

0,8- 10-2 cm-1 0.8-10-2 cm- 1

Lebensdauer von Neodym: 270 jisLife span of neodymium: 270 jis

Dichte: 2,6 cm-1 Density: 2.6 cm- 1

Gewichtsverlust bei Kochen von Pulver in Wasser:Weight loss when boiling powder in water:

0,6-0,9%0.6-0.9%

Erweichungstemperatur: 5 JO0CSoftening temperature: 5 JO 0 C

Wärmeausdehnungskoeffizient: 114 χ 10-?/"CThermal expansion coefficient: 114 χ 10- ? / "C

Ein derartiges Glas erfordert aufwendigerweise, insbesondere zum Gewinnen in großen Volumina, hohe Schmelztemperaturen von ca. 1300 bis !40D0C, bei denen es stark mit dem Tiegclwerkstoff reagiert. Ferner zeigt es eine geringe Entglasungsfestigkeit. All dies führt zu einer Verschlechterung der Transparenz und der optischen Homogenität der Gläser, ferner zum Vorhandensein von Mikrokristallen und Beimengungen. Derartige Gläser haben auch eine Reihe anderer, bereits obenerwähnter Mangel. Trotz ihrer hinreichend güieri Lumineszenz-Charakteristik ist es außerordentlichSuch a glass requires, in a complex manner, especially for the production in large volumes, high melting temperatures of approx. 1300 to 40D 0 C, at which it reacts strongly with the crucible material. It also shows poor devitrification resistance. All of this leads to a deterioration in the transparency and optical homogeneity of the glasses, and also to the presence of microcrystals and impurities. Such glasses also have a number of other deficiencies already mentioned above. In spite of its sufficiently good luminescence characteristics, it is extraordinary

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schwierig (wenn nicht sogar unmöglich), mit ihnen hohe Strahlungserzeugungsparameter zu i_rzielen. Den Erfin dem gelang es bei üiesen zuletzt beschriebenen Gläsern lediglich, für Abmessungen von 10 mm Durchmesser und einer Länge von IJO mm einen Wirkungsgrad von insgesamt nur 0,4% bei sehr hoher Divergenz der Laserstrahlung zu erzielen.difficult (if not impossible) to get high with them Radiation generation parameters to target. The inventor This was achieved with the glasses last described only, for dimensions of 10 mm diameter and a length of IJO mm an efficiency of to achieve a total of only 0.4% with a very high divergence of the laser radiation.

Bekannt sind auch Laser-Gläser, die Phosphorverbindungen, Oxide von Alkalimetallen, Verbindungen Seltener Erdmetalle und darüber hinaus Verbindungen von Aluminium, Zinn, Niob und Bor enthalten (derartige Gläser sind neben anderen beschrieben in O. K. D eut sch bein, C. C. Par trat, I. N. Cverche vsky, »Rev. Phys. Apl.«, No. 2, S. 26 bis 37, 1967). Dabei treten die folgenden Spektral- und Lumincszenzeigenschaften folgender mit Neodym aktivierter Gläser auf:Laser glasses, the phosphorus compounds, oxides of alkali metals, compounds are also known Rare earth metals and also contain compounds of aluminum, tin, niobium and boron (such Glasses are described, among others, in O. K. D eutschbein, C. C. Partret, I. N. Cverche vsky, "Rev. Phys. Apl. «, No. 2, pp. 26 to 37, 1967). The following spectral and luminescence properties occur the following neodymium activated glasses:

a) P2O5-HX2O, mit X = lithium. Natrium, Kalzium, Rubidium,a) P 2 O 5 -HX 2 O, with X = lithium. Sodium, calcium, rubidium,

b) P2O5 +YO, mit Y = Blei oder ein Metall aus der II. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente,b) P 2 O 5 + YO, with Y = lead or a metal from Group II of the Periodic Table of the Elements,

c) P2O5 · AI2O3 · X2O, mit X = Natrium, Kalium, Rubidium undc) P2O5 · AI 2 O 3 · X 2 O, with X = sodium, potassium, rubidium and

Die genannten Gläser besitzen jedoch die gleichen Mangel, insbesondere eine schlechte chemische Beständigkeit in feuchter Atmosphäre und schwach saurem Medium.However, the glasses mentioned have the same deficiencies, in particular poor chemical resistance in a humid atmosphere and weakly acidic medium.

Die beschriebenen Zusammensetzungen ermöglichen nicht, Gläser mit vorgegebenem Temperaturgang des Brechungsindex herzustellen, was sehr wichtig ist, um Laser mit geringer Divergenz kohärenter Strahlung herzustellen.The compositions described do not allow glasses with a given temperature range of the Establish refractive index, which is very important for lasers with low divergence of coherent radiation to manufacture.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der genannten Nachteile ein derartiges Laser-Glas der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe chemische Beständigkeit, eine möglichst weitgehende Entglasungsfestigkeit und eine hohe optische Homogenität bei guten Spektral- und Leuchteigenschaften sowie hohe Laserstranlungserzeugungsparameter aufweist.In contrast, it is the object of the invention to provide such a device while avoiding the disadvantages mentioned To create laser glass of the type mentioned above that has a high chemical resistance, as possible extensive devitrification resistance and high optical homogeneity with good spectral and luminous properties as well as having high laser radiation generation parameters.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1.

Zur zusätzlichen Erzielung einer thermooptischcn Konstanten von - IOχ 10"7Z0C bis + 1Ox 10-7/°C, um Laser mit kleiner Divergenz kohärenter Strahlung zu schaffen, ist die Lehre des Anspruchs 2 geeignet.The teaching of claim 2 is suitable for additionally achieving a thermo-optical constant of -10χ 10 " 7 Z 0 C to + 1Ox 10- 7 / ° C, in order to create lasers with a small divergence of coherent radiation.

Schließlich empfiehlt sich die Lehre nach dem Anspruch 3.Finally, the teaching according to claim 3 is recommended.

Vorteile des erfindungsgemäßen Laser-Glases bestehen darin, daß es eine hohe chemische Beständigkeit, insbesondere bei hohem Gehalt an Oxiden von Elementen höherer Wertigkeit — Tantal, Niob, Wolfram, Titan und Zirkonium, und eine möglichst weitgehende Entglasungsfestigkeit aufweist, insbesondere bei Gehalt an Oxiden und Verbindungen von Barium, Kalium, Magnesium, Strontium und Bor in einer Menge von IO Gew.-% und weniger. Das Laser-Glas,Advantages of the laser glass according to the invention are that it has a high chemical resistance, especially with a high content of oxides of elements of higher valency - tantalum, niobium, Tungsten, titanium and zirconium, and has the greatest possible devitrification resistance, in particular with content of oxides and compounds of barium, potassium, magnesium, strontium and boron in one Amounts of 10% by weight and less. The laser glass,

Tabelle ITable I.

dessen Komponenten in den obengenannten Grenzen vorliegen, hat auch eine geringe optische Wärmekonstante. the components of which are within the above-mentioned limits also has a low optical thermal constant.

Das erfindungsgemäße Laser-Glas weist eine hoheThe laser glass according to the invention has a high

5 optische Homogenität, eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Laserstrahlung und eine lange Lebensdauer auf. Es ist außerdem für eine Herstellung in großen Mengen und für eine Bearbeitung nach verschiedenen Verfahren gut geeignet.5 optical homogeneity, increased resistance to laser radiation and a long service life on. It is also suitable for high-volume manufacture and for various machining Procedure well suited.

Das erfindungsgemäße Laser-Glas besitzt gleichzeitig kovalente Eigenschaften der Phosphor-Sauerstoff-Bindungen und verhätnismäßig kleine molare Konzentrationen von mehrfach ionisierten Ionen, was kleine Werte einer ungleichmäßigen Verbreiterung des von aktiven Ionen erzeugten Spektrums, niedrige Schwellenenergien, einen hohen Wirkungsgrad der Erzeugung von Laserstrahlung, eine große Spcktraldichte und eine kleine Winkeldivergenz der kohärenten Strahlung bedingt.The laser glass according to the invention has at the same time covalent properties of the phosphorus-oxygen bonds and relatively small molar concentrations of multiply ionized ions, which results in small values of an uneven broadening of the active ions generated spectrum, low threshold energies, high generation efficiency of laser radiation, a large Spcktral density and a small angular divergence of the coherent radiation conditional.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen des Laser-Glases erläutert.The invention is explained using exemplary embodiments of the laser glass.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Glases umfaßt folgende Arbeitsschritte: Herstellung eines Gemenges, Einschmelzen des Gemenges, Schmelzen (einschließlich Läuterung) und Kühlen des hergestellten Glases. Je nach der Erweichungstemperatur des Glases wird die Schmelztemperatur des Gemenges von 900 bis 135O"C und die Kühltemperatur von 300 bis 6000C gewählt.The production of the glass according to the invention comprises the following working steps: production of a batch, melting of the batch, melting (including refining) and cooling of the produced glass. Depending on the softening temperature of glass, the melting temperature of the batch from 900 to 135 ° "C, and the cooling temperature of 300 to 600 0 C is selected.

Das Gemenge wird durch Mischen der Bestandteile hergestellt, die in einem zur Herstellung der gewünschten Glaszusaminensetzung erforderlichen Verhältnis eingesetzt werden. Als Gemengerohstoffe lassen sich Phosphorpentoxid, Orthophosphorsäure, Oxide und Phosphate, Karbonate und Nitrate von Alkalimetallen und Seltenen Erdmetallen, Oxide von Zirkon, Titan, Niob, Wolfram, Tantal, Yttrium, Bor, Aluminium, aber auch Verbindungen dieser Elemente, wie Niobate, Wolframate und Zirkonate, verwenden. Die Herstellung optisch homogenen Glases wird bedeutend vereinfacht durch Verwendung von schmelzfähigen Phosphaten sowohl von Alkalimetallen und Seltenen Erdmetallen als auch anderen der aufgezählten Metalle (Ortho-, Pyro- und Metaphosphate).The batch is made by mixing the ingredients in one to make the desired one Glass composition required ratio can be used. As a batch raw materials can Phosphorus pentoxide, orthophosphoric acid, oxides and phosphates, carbonates and nitrates of alkali metals and rare earth metals, oxides of zirconium, titanium, niobium, tungsten, tantalum, yttrium, boron, but aluminum also use compounds of these elements, such as niobates, tungstates and zirconates. The production Optically homogeneous glass is significantly simplified by using meltable phosphates of alkali metals and rare earth metals as well as other of the metals listed (ortho-, Pyro- and metaphosphates).

Dreiwertige Ionen von Neodym, Terbium, Ytterbium u. a. werden dem Gemenge auch in Form anderer Verbindungen zugesetzt. Das Vorhanden von Fluoriden, Perchloraten, Nitraten, Peroxiden und Karbonaten zwei- und dreiwertiger Elemente ist dann wünschenswert, wenn neutrale oder oxidierende Schmelzbedingungen erforderlich sind, um z. B. den Übergang von Ionen Seltener Erdmetalle in den zweiwertigen Zustand zu verhindern.
Im folgenden werden genaue Zusammensetzungen (in Gew.-0/)) des erfindungsgemäßen Laser-Glases angegeben; vgl. Tabelle I bis III, wobei es sich um Analysenwerte handelt. Aus einigen Beispielen ist ersichtlich, daß geringfügige Verschiebungen über die beanspruchten Grenzwerte möglich sind.
Trivalent ions of neodymium, terbium, ytterbium etc. are also added to the mixture in the form of other compounds. The presence of fluorides, perchlorates, nitrates, peroxides and carbonates of divalent and trivalent elements is desirable when neutral or oxidizing melting conditions are required, e.g. B. to prevent the transition of ions of rare earth metals into the divalent state.
In the following, exact compositions (in weight 0 /) of the laser glass of the invention indicated); see Tables I to III, which are analytical values. From some examples it can be seen that slight shifts beyond the claimed limit values are possible.

KomponentenComponents

Nr. der Zusammensetzungen 1 2 3No. of compositions 1 2 3

6a6a

P2O5P2O5 52,452.4 63,063.0 50,250.2 60,960.9 52,852.8 44,744.7 64,764.7 L12OL12O 20,020.0 20,420.4 14,514.5 5.25.2 NaaONaaO 22.822.8 16.716.7 4.24.2 25,125.1 4.14.1

Fortsetzungcontinuation Nr. derNo. of 2323 3,63.6 0808 8.08.0 155155 2.92.9 '■''■' 0.60.6 66th 8,38.3 5.25.2 55 KomponentenComponents 11 1,81.8 1.01.0 2.02.0 17,117.1 1.61.6 17,217.2 3,03.0 K2OK2O /us;mimenxe\// us; mimenxe \ / mit'ciiwith'cii hH 15,815.8 Rb2ORb 2 O 19,119.1 22 jj 2.02.0 44th 1.01.0 2,42.4 0,60.6 Nb2O-.Nb2O-. 6,26.2 1,21.2 ZrO2ZrO2 1,61.6 0.30.3 2.02.0 0,20.2 Nd2OiNd2Oi 2.02.0 3,03.0 Yb2OiYb 2 Oi 5,05.0 CeO2CeO2 2,12.1 2,22.2 1.61.6 MgOMgO 3.53.5 2.52.5 3,23.2 CaOCaO 7,27.2 0,50.5 BaOBaO 2,22.2 3.83.8 8,28.2 1,61.6 BjOiBjOi SrOSrO 2,02.0 2,52.5 0,50.5 TajO-.TajO-. TiO2TiO2 WOiWOi

Das Laser-Glas der Zusammensetzung 1 wird folgendermaßen hergestellt:The laser glass of composition 1 is produced as follows:

Das Gemenge wird aus 144,6 g H3PO4, 45,6 g Na2O. 38.2 g Nb2O5, 3,2 g Nd2O3, 4,2 g MgO2 und 4,0 g Ta2O, hergestellt. Das Gemenge wird in einen Quarzticgel gefüllt und unter kontinuierlichem Rühren während 5 h geschmolzen. Die Schmelztemperatur liegt bei 100 bis 1100"C. Das Ausgießen und Kühlen des Glases wird in für sich bekannter Technologie für optisches Glas durchgeführt.The mixture is prepared from 144.6 g of H3PO4, 45.6 g of Na 2 O, 38.2 g of Nb 2 O 5 , 3.2 g of Nd 2 O 3 , 4.2 g of MgO 2 and 4.0 g of Ta 2 O . The mixture is filled into a quartz gel and melted with continuous stirring for 5 hours. The melting temperature is 100 to 1100 "C. The pouring and cooling of the glass is carried out using a technology known per se for optical glass.

Es ergeben sich dann folgende Kennwerte für das hergestellte Glas:The following parameters then result for the glass produced:

Brechungsindex: 1,580Refractive index: 1.580

Dichte: 2,87 g/cm1 Density: 2.87 g / cm 1

Wärmeausdehnungskoeffizient: 136 χ 10"70CThermal expansion coefficient: 136 χ 10 "7 0 C

Chemische Beständigkeit (Gewichtsverluste bei Kochen von Glaspulver in Wasser): 0,45%Chemical resistance (weight loss when boiling glass powder in water): 0.45%

Entglasen: mehr als 3 hDeglassing: more than 3 h

Lebensdauer des angeregten Zustands von Nd'4:Lifetime of the excited state of Nd ' 4 :

250 ns250 ns

Koeffizient der negativen Absorption bei 1,055 μηι:Coefficient of negative absorption at 1.055 μm:

2,2 · IO-3cm-'.2.2 x IO- 3 cm- '.

Ein aus diesem Laser-Glas hergestelltes aktives Element mit 130 mm Länge und 10 mm Durchmesser, das zusammen mit einer Anrcgungslampe in einen versilberten Quarzmonoblock gesetzt wurde, wies folgende Lascrstrahlungscrzcugungs-Parametcr auf:An active element made of this laser glass with a length of 130 mm and a diameter of 10 mm, which was placed in a silver-plated quartz monoblock together with an excitation lamp the following laser radiation generation parameters:

Wirkungsgrad (bezogen auf die gespeicherte elektrische Energie bei optimaler Durchlässigkeit der Rcsonatorspicgcl): 2,1 %
Schwcllcncncrgie: 8 )
Efficiency (based on the stored electrical energy with optimal permeability of the Rcsonatorspicgcl): 2.1%
Vulnerability: 8)

Breite des in einem Resonator mil Planspiegeln bei freier Erzeugung erzeugten Spektrums: 15 A.Width of the spectrum generated in a resonator with plane mirrors with free generation: 15 A.

Für die übrigen Zusammensetzungen des Lascr-Glascs der Tabelle 1 wurde das Gemenge ähnlich hergestellt.For the remaining compositions of the Lascr glass in Table 1, the batch was similar manufactured.

Typische Parameter des Lascr-Glascs mit den Zusammensetzungen 2 bis 6a gemäß der Tabelle I sind:Typical parameters of the Lascr glass with the Compositions 2 to 6a according to Table I are:

Brechungsindex nj Refractive index nj 1,5-1,61.5-1.6 mittlere Dispersion (/»/— nt) χ ΙΟ5 mean dispersion (/ »/ - n t ) χ ΙΟ 5 900-1300900-1300 Dichte (/[g/cm3]Density (/ [g / cm 3 ] 2,5-2,92.5-2.9 Art der optischen HomogenitätType of optical homogeneity 22 Wärmeausdehnungskoeffizient λThermal expansion coefficient λ [χ 107"C][χ 107 "C] 130-190130-190 Erweichungstemperatur [ Tg. "C]Softening temperature [ Tg. "C] bei einer Viskosität von ΙΟ15 Ρat a viscosity of ΙΟ 15 Ρ 300-500300-500 Chemische BeständigkeitChemical resistance (Gewichtsverlust) [%](Weight loss) [%] 0,5-30.5-3 Entglasen [h]Devitrification [h] 3-53-5 Lumincszcnzlinicnbreite von NeodymLumincline width of neodymium bei einer Wellenlängeat one wavelength von 1,055 μηι [A]of 1.055 μm [A] 190-250190-250 Lebensdauer des angeregten ZustandsLifetime of the excited state von Neodymof neodymium 200-300200-300 von Ytterbiumof ytterbium 1000-15001000-1500 Koeffizient negativer Verluste beiCoefficient of negative losses einer Wellenlänge von 1,055 μιηa wavelength of 1.055 μm [cm-'][cm-'] 2-5 ■ ΙΟ-3 2-5 ■ ΙΟ- 3 Schwcllcncncrgie (bei undurchlässigenSchwencncncrgie (in impermeable Spicgcln)[J]Spicgcln) [J] 5-205-20 Erzeugungswirkungsgrad[%]Generation efficiency [%] (bei elektrischer Anregungscncrgic(with electrical excitation von 800 J für das aktive Element)of 800 J for the active element) 1,5-2.51.5-2.5 Erzeugungsspektralbreite [A]Generation spectrum width [A] bei freier Erzeugung:with free generation: PlanspiegelPlane mirror 10-2010-20 sphärische Spiegelspherical mirrors 2-72-7

Das Gemenge des Glases der Zusammensetzung 2 wurde hergestellt aus 63,0 g P2O5, 20,0 g Li2O, 5,0 g Ta2O,, 6,2 g BaO, 2,2 g TiO2 und 3,6 g Nd2O3. Das Herstellungsverfahren für dieses und andere Gläser war dasselbe wie für das Ausführungsbeispiel 1.The batch of the glass of composition 2 was prepared from 63.0 g of P 2 O 5 , 20.0 g of Li 2 O, 5.0 g of Ta 2 O, 6.2 g of BaO, 2.2 g of TiO 2 and 3 , 6 g Nd 2 O 3 . The manufacturing process for this and other glasses was the same as for embodiment 1.

Das Gemenge des Glases der Zusammensetzung 3 ft.s wurde hergestellt aus 56 g P2O5, 40 g K2O, 278,5 g NaPO1,85.5 g Nb2O,, H) g Nd2O1,17,5 g B2O3 und 12,5 g WOi. The batch of glass of the composition 3 ft.s was made from 56 g P 2 O 5 , 40 g K 2 O, 278.5 g NaPO 1 , 85.5 g Nb 2 O ,, H) g Nd 2 O 1 , 17, 5 g B 2 O 3 and 12.5 g WOi.

Die Schwellenencrgie, der Erzeugungswirkungsgrad und die Erzeugungsspektralbrcitc werden hier und weiter unten für Nd2O], aber nicht Yb2Oj und Tb2O3 enthallende Laser-Gläser angeführt.The threshold energy, generation efficiency, and generation spectral width are given here and below for Nd 2 O] but not Yb 2 Oj and Tb 2 O 3 containing laser glasses.

In der weiteren Tabelle Il sind Glaszusammensetzungen angegeben, die Verbindungen von Magnesium, Kalzium, Strontium, Barium, aber auch Yttrium und Bor enthalten. Bei derartigen Laser-Gläsern, bei denen die oben erwähnten Verbindungen und die VerbindungenIn the further table II are glass compositions indicated the compounds of magnesium, calcium, strontium, barium, but also yttrium and boron contain. In such laser glasses in which the above-mentioned compounds and the compounds

von Elementen hoher Wertigkeit gleichzeitig vorhanden sind, wird der grollte Vorteil erreicht, nämlich in Form einer möglichst weitgehenden Entglasungsfestigkcit bei hoher chemischer Beständigkeit des Glases. Wenn im Laser-Glas eine genügend große Menge von Oxiden und Verbindungen von Barium, Kalzium,of high quality elements present at the same time the greatest advantage is achieved, namely in the form of the greatest possible devitrification resistance with high chemical resistance of the glass. If in the laser glass a sufficiently large amount of Oxides and compounds of barium, calcium,

Tabelle IlTable Il

Magnesium. Strontium, Yttrium und Bor (10-4 Gcw.-%) vorhanden ist, ist es möglich, den Gehalt a Oxiden und Verbindungen der mehrwertigen Element ohne wesentliche Verringerung der chemischen Bestär digkeil des Glases herabzusetzen, was die Herstellung! kosten für derartige Gläser verringert.Magnesium. Strontium, yttrium and boron (10-4% by weight) is present, it is possible to determine the content a Oxides and compounds of the polyvalent element without any substantial reduction in chemical strength digkeil of the glass belittle what the manufacture! reduced costs for such glasses.

KomponentenComponents

Nr. der Zusammensetzungen 7 8No. of compositions 7 8

1111th

1212th

PO-,PO-, 54,154.1 53,553.5 40,140.1 51,551.5 49,249.2 55,055.0 LI2OLI2O 0,10.1 4,14.1 NajONajO 15,015.0 27.727.7 15.815.8 16,916.9 K2OK2O 1,01.0 5.05.0 8.28.2 7.57.5 6.96.9 10,010.0 RbORbO 2,12.1 3.13.1 Nb-O-,Nb-O-, 3,23.2 3,03.0 15,015.0 15.315.3 ZrO2 ZrO 2 3,03.0 1.31.3 Nd-OiNd-Oi MM. 1,51.5 2.22.2 2,12.1 2.62.6 Yb-OsYb-Os 3,83.8 4.04.0 CeOiCeOi 1.21.2 Tb2OjTb2Oj 4.24.2 MgOMgO 2,62.6 6.06.0 4.24.2 0.40.4 CaOCaO 9.79.7 5.45.4 8.28.2 6.16.1 CaF.'CaF. ' 2,92.9 SrOSrO 4,34.3 8,88.8 2,52.5 BaOBaO 25.025.0 3.03.0 B-OiB-Oi 1.11.1 Y-OiY-Oi 1.51.5 TaiO".TaiO ". 1.51.5 TiO-'TiO- ' 2,22.2 4,24.2 3,33.3 WOiWOi 2.02.0 2.02.0 0.50.5 2.32.3

Typische Kennwerte der in den Ausführungsbeispiclen 7 bis 12 der Tabelle 2 angeführten Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Laser-Glases sind:Typical characteristics of the compositions listed in Examples 7 to 12 of Table 2 of the laser glass according to the invention are:

Wärmeausdehnungskoeffizient ncThermal expansion coefficient nc

F.ntglasungfh]F. demarcationfh]

Lebensdauer des angeregten ZustandsLifetime of the excited state

fn]fn]

Schwcllcnencrgicfl]
Frzeugungswirkungsgrad [%]
Optische Wärmekonstante[/"C]
Schwbllcnencrgicfl]
Generation efficiency [%]
Optical heat constant [/ "C]

Die übrigen Kennwerte liegen in den Bereichen. di< oben für die Ausführungsbeispiele 1 bis 6 der Tabelle angegeben wurden.The other characteristic values are in the ranges. di < were given above for the exemplary embodiments 1 to 6 of the table.

In der Tabelle Nl sind Zusammensetzungen vor Laser-Glas angegeben, die sich durch eine niedrigf optische Wärmekonstante auszeichnen. Laser-Glas mi 100—160 den Zusammensetzungen gemäß den AusführungsbeiIn Table Nl compositions are given before laser glass, which are characterized by a low distinguish optical heat constant. Laser glass with 100-160 compositions according to the embodiments

> 5 45 spielen 13 — 20 in der Tabelle IH besitzen eine niedrige> 5 45 games 13-20 in the IH table have a low

optische Wärmekonstantc. die grundsätzlich im Bcrcicr 150—250 von -10 bis +10 10-7/°C liegt. Die übrigeroptical heat constant c. The principle lies in Bcrcicr 150-250 from -10 to +10 10- 7 / ° C. The rest

10—30 Parameter dieser Zusammensetzungen sind ähnlich der10-30 parameters of these compositions are similar to that

1,3—1,8 Parametern für die oben angeführten Zusammensctzun-1.3-1.8 parameters for the above combinations

0-+30 · ΙΟ-7 gen.0- + 30 ΙΟ- 7 gen.

Tabelle III
Komponenten
Table III
Components

I'.O·.I'.O ·.

Li.O
Na.O
KjO
Li.O
OK
KjO

NbO-.
ZrO;
NbO-.
ZrO;

Nd.01
CcO:
TIv 2() 1
YhOi
Nd.01
CcO:
TIv 2 () 1
YhOi

Nr. der Ziisiimmcnsci/iimicn M '.", 15No. der Ziisiimmcnsci / iimicn M '. ", 15

63.263.2

11.7
6,5
11.7
6.5

Lh
O.r>
Lh
O. r >

49.0
6.0
49.0
6.0

LiLi

h.7h.7

55.155.1

12,4 4.412.4 4.4

J.0 64.1
11.0
J.0 64.1
11.0

55.555.5

7.2
11.4
7.2
11.4

1.21.2

1.01.0

48.448.4

1.51.5

14.414.4

4.74.7

K.3K.3

1.01.0

0.70.7

48.548.5

2.0 21.12.0 21.1

0.2 4.10.2 4.1

68.468.4

4.« (1.24. «(1.2

1.01.0

99 Nr. ilcrNo. ilcr ZusammenTogether ,sei/ungci, sei / ungci I,I, IbIb 1717th IHIH 1(111 (11 7,87.8 2020th Fortsetzungcontinuation I i I i 1414th I )I) 6,86.8 2,22.2 1.81.8 3,23.2 KomponentenComponents 3,43.4 2,02.0 2,12.1 7,17.1 4.14.1 6,06.0 2.02.0 1.01.0 7,17.1 2.22.2 0.40.4 MgOMgO 3.03.0 7,77.7 CaOCaO 3,23.2 26.526.5 5,75.7 3,43.4 3.03.0 8,38.3 SrOSrO 2,52.5 4.34.3 5,55.5 9,59.5 4,34.3 2.02.0 BaOBaO 0,40.4 4.04.0 1,01.0 3,33.3 3,03.0 BjOiBjOi 2.22.2 0.30.3 2,52.5 AL-OiAL-Oi 0,50.5 1.01.0 1.11.1 2.12.1 TajO-.TajO-. 1.61.6 0.70.7 TiOjTiOj WOiWOi

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Laser-Glas, das Phosphorverbindungen, Oxide von Alkalimeiallen, Oxide Seltener Erdmetalle und ggf. Verbindungen von Niob und/odsr Zirkonium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Erzielung hoher optischer Homogenität, chemischer Beständigkeit und möglichst weitgehender Entglasungsfestigkejl bei einem Gehalt des Grundglases in Gewichtsprozent an1. Laser glass containing phosphorus compounds, oxides of alkali metals, oxides of rare earth metals and possibly contains compounds of niobium and / or zirconium, characterized in that it to achieve high optical homogeneity, chemical resistance and as far as possible Entglasungsfestigkejl with a content of the base glass in percent by weight 40 bis 65 P2O5 40 to 65 P 2 O 5 5 bis 30 Alkalimetalloxide!!5 to 30 alkali metal oxides !! 0,5 bis 15 Seitenden Erdmctalloxiden0.5 to 15 side ends of earth metal oxides 0 bis 20 Nb2O5 und/oder ZrO2 is 0 to 20 Nb 2 O 5 and / or ZrO 2 is zusätzlich 2 bis 45 Gewichtsprozent mindestens eines der Oxide des Mg, Ca, Sr, Ba, Y, B mit den Höchstmengen Gewichtsprozentenadditionally 2 to 45 percent by weight of at least one of the oxides of Mg, Ca, Sr, Ba, Y, B with the Maximum amounts by weight 30 MgO
30CaO
15SrO
40 BaO
10Y2O3
20 B2O3 sowie
2 bis 30Ta2O5 und/oderTiO2 und/oder WO3 i5>
30 MgO
30CaO
15SrO
40 BaO
10Y 2 O 3
20 B 2 O 3 as well as
2 to 30Ta 2 O 5 and / or TiO 2 and / or WO 3 i5>
enthält.contains.
2. Laser-Glas nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Erzielung einer thermooptischen Konstanten von -10xl0-7/"C bis -I-10 χ 10-7/°C in Gewichtsprozenten2. Laser glass according to claim I, characterized in that it is used to achieve a thermo-optical constant of -10xl0- 7 / "C to -I-10 χ 10- 7 / ° C in percent by weight 0 - 10 N b2O5 und/oder ZrO2 5—30 mindestens eines der Oxide des Mg, Ca, Sr1Ba0-10 N b 2 O 5 and / or ZrO 2 5-30 at least one of the oxides of Mg, Ca, Sr 1 Ba 2-15B2O3 2-15B 2 O 3 2-20 TiO2 und/oder Ta2O5 und/oder WO3 2-20 TiO 2 and / or Ta 2 O 5 and / or WO 3 enthält.contains. 3. Laser-Glas nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Zusatz an AI2O3, wobei die Gesamtmenge von B2Oj und/oder AI2O3 2—15 Gewichtsprozent beträgt.3. Laser glass according to claim 1 or 2, characterized by an addition of Al 2 O 3 , the total amount of B 2 Oj and / or Al 2 O 3 being 2-15 percent by weight. .15.15
DE19732308155 1972-02-18 1973-02-19 Phosphate laser glass with the greatest possible devitrification resistance and high chemical resistance Expired DE2308155C3 (en)

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