DE2908039B2

DE2908039B2 - Als Laser geeignetes Glas, das Alkalimetall-, Beryllium-, Aluminium- und Phosphor-Kationen und Sauerstoff- und Fluor-Anionen enthält und eine verbesserte Kombination von langer Leuchtabklingzeit, hohem Querschnitt induzierter Emission und niedrigem nicht linearem Berechnungsindex aufweist

Info

Publication number: DE2908039B2
Application number: DE2908039A
Authority: DE
Inventors: Charles Frederick Toledo Ohio Rapp
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: Schott Optical Glass Inc
Priority date: 1978-04-20
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1981-11-26
Also published as: JPS54139917A; DE2908039C3; FR2423459A1; GB2020268A; US4142986A; JPS6221738B2; FR2423459B1; DE2908039A1; GB2020268B

Description

A_AtJe_t Al, INQ_n, r„ IVJ_x r_y )

in der A mindestens ein Alkalimetallion bedeutet Neodym in einer laserfähigen Menge bis zu /π = 0,015 vorliegt; 2x plus y immer 1 ist; die Indices h, k, I m und η jeweils die relative Zahl der Atome, bezogen auf die Summe χ plus y sind und bedeuten:

h 0,05 bis 0,25 für alle Α-bildenden Atome;

k 0,1 bis 035;

/ 0 bis 0,15;

η 0,02 bis 0,15; und

χ 2/1 bis3^n ist;

und das Glas eine Leuchtabklingzeit von über 450 us bei einer Wellenlänge von etwa 1050 nm, einen Querschnitt induzierter Emission von über 3,3 · 10-²⁰Cm² und einen /J₂-Wert von weniger als 0,6 · 10-'³cm²/Statvolt² aufweist.

2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bruttoformel A Natrium bedeutet

3. Glas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bruttoformel m 0,0001 bis 0,015 ist

4. Glas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bruttoformel h 0,08 bis 0,2 für alle Α-bildenden Atome, Ar 0,15 bis 0,3 und /0 bis 0,1 sind.

5. Glas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bruttoformel m 0,0001 bis 0,015 ist.

Nu-Werten bezeichnet) könnte man erwarten, daß sie niedrige nr Werte aufweisen. Die Gläser sind nicht als Wirte für laserfähige Ionen offenbart Darüber hinaus sind die hohen Leuchtabklingzeiten und die hohen Querschnitte der induzierten Emission, die die Gläser der vorliegenden Erfindung aufweisen, weder aus der Offenbarung der US-PS voraussagbar noch nahegelegt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend

von den aus der eben genannten US-PS bekannten

ίο Fluoroxidgläsern ein Glas zu schaffen, das als Laser geeignet ist und sich gegenüber den aus der US-PS 40 76 541 bekannten Phosphat-Gläsern durch eine verbesserte Kombination von langer Leuchtabklingzeit hohem Querschnitt induzierter Emission und niedrige rem nr Wert auszeichnet

Nach der Erfindung wird die Aufgabe mit dem Glas nach Anspruch 1 gelöst

Durch die Erfindung sind Fluorophosphat und Beryllium enthaltende Gläser mit Nd³⁺ als eine aktive lasende Spezies, wie noch genauer beschrieben wird, geschaffen.

Gemäß der Erfindung hat ein laserfähiges, Neodym als aktive lasende Spezies enthaltendes Glas folgende Bruttoformel

Die Erfindung betrifft ein als Laser geeignetes Glas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Lasertechnik wird verwiesen auf »Glass Lasers« von K. Patek, CRC Press, Cleveland, 1970, insbesondere Kapitel 12 und 13 und »Introduction to laser Pi.ysics« von BeIa A. Lengyel, John Wiley & Sons, New York, 1966.

Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat kürzlich Phosphat-Lasergläser mit verbesserten Leuchtabklingzeiten von etwa 300 μβ bei engen Emissionslinienbreiten und verbesserten nr Werten gefunden. Die Gläser sind in der US-PS 40 76 541 offenbart Danach hat der Erfinder Fluorophosphat-Lasergläser mit längeren Leuchtabklingzeiten und sehr viel niedrigeren /^-Werten gefunden, die aber hinsichtlich Leuchtabklingzeit und Querschnitt induzierter Emission noch nicht befriedigten (siehe das Beispiel 5 in der Tabelle 1 am Ende der Beschreibung).

In der US-PS 27 16 069 sind Fluoroxidgläser der eingangs beschriebenen Art offenbart. Sie enthalten kein Neodym. Aus den in der Patentschrift angegebenen πη-Werten und den Abbe-Zahlen (in der US-PS mir

in der A für Kationen steht, die mindestens eines der Kationen Na¹ +, Li¹ +, K¹ + und Cs¹ + sind; gewöhnlich ist es Na¹⁺. 2x plus y ist immer 1 und h,k,lm und η zeigen jeweils die Zahl der betreffenden Kationen bezogen auf die Anionen, Sauerstoff plus Fluor, an. χ liegt im Bereich von 2i7 bis 3,2η, h 0,05 bis 0,25, k im Bereich von 0,1 bis 0,35, / im Bereich von 0 bis 0,15, m ist eine laserfähige Menge von Nd bis zu 0,015 (gewöhnlich mindestens 0,0001) und α bedeutet 0,02 bis 0,15. Vorzugsweise liegt h im Bereich von 0,08 bis 0,2, k im Bereich von 0,15 bis 0,3 und /im Bereich von 0 bis 0,1. Gläser der vorstehenden allgemeinen Formel bestehen im wesentlichen aus den angegebenen Ionen in den angegebenen Mengen, aber kleine Mengen anderer Kationen, die die hierin diskutierten Eigenschaften der Gläser nicht ernstlich beeinträchtigen, können eingeschlossen sein. Ferner können sie eine übliche kleine Menge eines der üblichen

Solarisationsinhibitoren enthalten, wenn erforderlich.

Die erfindungsgemäßen Gläser werden aus geeigneten Glassatzmaterialien durch Schmelzen in einem geeigneten elektrischen oder gasbeheizten Ofen zweckmäßigerweise an der Luft geschmolzen. Es muß jedoch sorgfältig darauf geachtet werden, daß Gesundheitsschäden durch Kontakt mit den Glassatzmaterialien und Einatmen der Dämpfe, insbesondere im Hinblick auf die bekanntlich nicht ungefährlichen Berylliumverbindungen vermieden werden.

Ein Laserglas nachstehender analytisch bestimmter Zusammensetzung

Beispiel 1

Mol-%

NaPO₃ IU NaF 24,5

AlF₃ 15 BeF₂ 48,7 _b. NdF₃ 0,57

wurde aus Klümpchen von glasigem BeF2 und partikuliertem Natriummetaphosphat, Natriumfluorid, Aluminiumfluorid und Neodymfluorid hergestellt wobei jede

der vorgenannten Verbindungen vorher durch Erhitzen getrocknet worden war. Die Glassatzmatenalien waren weitgehendst rein. Das Schmelzen wurde bei 930⁰C in einem Platintiegel in einem elektrischen Muffelofen an Luft vorgenommen. Der Tiegel wurde aber mit einer Platinfolie bedeckt Der Glassatz wurde über eine Zeitdauer von 45 Minuten eingebracht und das Schmelzen in weiteren 45 Minuten bewirkt Während des Schmelzens wurde die Schmelze zweimal mit einem Platin-Rührstab gerührt Dann wurden mehrere Glasmuster eines Durchmessers von 5,72 cm und einer Dicke von 1,27 cm in Graphitform gegossen. Das Glas war hell purpur, transparent und zeigte keine Entglasung. Die Muster wurden 1 Stunde bei etwa 190° C geglüht

In gleicher Weise wurde eine Anzahl weiterer Gläser nach der Erfindung hergestellt Die Eigenschaften aller dieser Gläser sind in der am Schluß gebrachten Tabelle 1 aufgeffshrt; in die Tabelle sind auch die Eigenschaften des Fluorophosphatglases als Beispiel 5, wie weiter vorn erwähnt, aufgenommen. Die Tabelle zeigt, daß die Gläser der Beispiele 1 bis 4 gegenüber dem Glas des Vergleichsbeispiels, das kein Beryllium enthält, längere Leuchtabklingzeiten und wesentlich höheren Querschnitt induzierter Emission aufweisen.

Die in der Tabelle 1 gebrachten Gläser 1 bis 4 nach der Erfindung haben folgende Bruttoformeln:

Bedingung laut
Anspruch 1

Beispiel

0,05 bis 0,25
0,1 bis 0,35
0 bis 0,15
bis zu 0,015
0,02 bis 0,15
0,04 bis 0,48
0,04 bis 0,92

0,15

0,21

0,06

0,002

0,048

0,14

0,71

0,15 0,17

0,002

0,1

0,3 0,4

0,18 0,24

0,002 0,07 0,2 0,6

Die Beispiele 1 bis 4 dienen nur zur Veranschaulichung der Erfindung, weiche nicht auf diese Beispiele beschränkt ist. Zur Zeit werden die Beispiele 1 und 4 als die angesehen, die die beste Art der Erfindung, wie mit 35 U.S.C. 112 gemeint, darstellen.

Die in der Tabelle für n₂ angegebenen Werte geben, wenn sie mit 10-¹³ multipliziert werden, n₂ in cm²/Statvolt²(l Stat volt = 2,997925 · ΙΟ² Volt). Der nicht lineare Brechungsindex n₂ wird durch die nachstehende Formel gefunden, in der Vd die Abbe-Zahl bedeutet.

- cm²/Statvolt²

il/2

Eine Kombination von hoher Abbe-Zahl mit einem 30 mit sehr hoher Spitzenleistung verwendet wird.

niedrigen Brechungsindex /?d führt zu einem niedrigen nicht linearen Brechungsindex n₂. Eine Glaslaserkomponente mit einem relativ hohen n₂ neigt zum Selbstfokussieren, insbesondere wenn sie in Neodym-Glaslasern

Tabelle

Selbstfokussieren verursacht bleibende Beschädigung einer Neodym-Glaslaserkomponente und Glaslaserkomponenten mit einem so niedrigen nicht linearen Brechungsindex wie möglich.

Komponenten, aus denen die Gläser	Mol-Teile	2	3	4	5
hergestellt sind	Beispiel	Erfindung			Vergleichs
	1				beispiel
	nach der				4
		30,9	16	11,1	-
Al (POj)₃		-	-	12,1	32
NaPO₃	11,2				4
AlF₃	15	15	25,8	16,2	4
LiF		53,5	57,7	60,1	-
NaF	24,5	-	-	-	9
BeF₂	48,7	-	-	-	29
MgF₂	-	-	-	-	9
CaF₂	-	-	-	-	9
SrF₂	-	0,62	0,54	0,56	1
BaF₂	-	2,475	2,38	2,435	3,47
NdF₃	0,57	1,394	1,355	1,343	1,443
Dichte, g/cm³	2,524	80	87	93	92,2
«o	1,356	0,54	0,41	0,36	0,52
V/>	93	22,0	20,5	22,0	30,4
«2	0,37	1048	1047	1046	1050
Effektiv Αλ{τ\τη) (Linienbreite)	21,8	557	626	717	500
Peak λ	1046	4.2	4.4	3,7	2.6
τ in iis	700
σΧ 10^2ü (in cm²) bei etwa 1050 nm	3.7

Claims

Patentansprüche:

1. Als Laser geeignetes Glas, das Alkalimetall-, Beryllium-, Aluminium- und Phosphor-Kationen und Sauerstoff- und FIuor-Anionen enthält und eine verbesserte Kombination von langer Leuchtabklingzeit, hohem Querschnitt induzierter Emission und niedrigem, nicht linearem Brechungsindex aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß es als laseraktive Substanz Neodym enthält und die Komponenten in den durch die nachstehende Bruttoformel wiedergegebenen Verhältnissen zueinander vorliegen