DE3609247A1 - Silikophosphatlaserglas - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserglas, welches PpOf- und SiOp als glasbildende Komponenten umfaßt. 5

Phosphatlaserglas besitzt den Vorteil, daß sein stimulierter Emissionsquerschnitt groß ist; es besitzt jedoch die Nachteile, daß zusätzlich zu seiner schlechten mechanischen Festigkeit und schlechten chemischen Haltbarkeit seine Wärmestoßbeständigkeit schlecht ist aufgrund seines großen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Diese Nachteile von Phosphatlaserglas können bis zu einem gewissen Grad durch die Einarbeitung von R"_?0^ (worin R" Y, La, B oder Al bedeutet) oder R¹O (worin R¹ Mg, Ca, Sr, Ba, Zn oder Pb bedeutet) in die Glaszusammensetzung verbessert werden.

Andererseits besitzt ein Silikatlaserglas im allgemeinen eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Wärmestoßbeständigkeit, jedoch einen geringen stimulierten Emissionsquerschnitt und eine hohe Unterdrückungsrate (Quenchrate). Deshalb kann keine große Menge NdpO-, in das Glas dotiert werden.

Es wurden Untersuchungen durchgeführt mit einem Laserglas, ^° 1) um die Wärmestoßbeständigkeit zu erhöhen,

2) um die Unterdrückungsrate zu erniedrigen und die Feuchtigkeit zu verringern, wodurch die gespeicherte Energie erhöht wird, und

3) um dem Glas einen relativ geringen stimulierten Emissionsquerschnitt zu verleihen, wodurch die Streubzw. Störschwingung verringert wird.

Es wurde gefunden, daß durch Ersatz eines Teils des PpCv > welches eine Hauptkomponente eines Phosphatlaserglases ist, durch SiOp der Wärmeausdehnungskoeffizient verringert werden kann und demgemäß die Wärmestoßbeständigkeit erhöht werden kann.

Es wurde ebenfalls gefunden, daß die Einarbeitung einer großen Menge SiOp in ein Phosphatglas eine Verschlechterung der chemischen Haltbarkeit des Phosphatglases ergibt; dieser Nachteil kann jedoch durch die Zugabe von AIpO^ verbessert werden, und der stimulierte Emissionsquerschnitt durch Ersatz eines Teils des SiOp durch AIpO- verringert werden.

Es wurde weiter gefunden, daß ein Glas mit einer geringen Unterdrückungsrate der Fluoreszenz erhalten werden kann unter Verwendung von PpO₁- als Basisglas.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Laserglas mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten durch die Zugabe von SiOp zu einem Phosphatglas mit einer geringen Unterdrückungsrate unter Verwendung von P₀Oc als Basisglas und mit einem geringen stimulierten Querschnitt durch den Ersatz von SiOp durch Al„0_ zur Verfügung zu stellen.

Das Grundglassystem des erfindungsgemäßen Silikophosphatlaserglases ist P₂O₅-SiO₂-Al₂O₃-R₂O-Nd₂O,, worin R Li, Na oder K ist.

Das erfindungsgemäße Silikophosphatlaserglas besitzt eine Zusammensetzung, welche in Mol-%

45 bis 70 % P₂O₅

5 bis 20 % SiO
60 bis 95 % P₃O₅
10 % 4Al₂O₃ Ä20 \

20 % '(Al₂O₃ + SiO₂)έ 30 %
4 bis 30 % Li₂O + Na₂O +

0,01 bis 12 % Nd₃O_{3 ;}

0 bis 5 % La₅O₃ + Y₃O₃ + B₃O₅ ;

0 bis 10 % R^f0 und

0 bis 1 % Nb_o0_c +

worin

R Mg, Ca, Sr, Ba, Zn oder Pb ist, umfaßt.

Dieses Glas besitzt als Laserglas eine geringe Unterdrückungsrate der Fluoreszenz, einen geeigneten stimulierten Emissionsquerschnitt, so daß eine Streu- bzw. Störschwingung nicht auftritt, und eine große Wärmestoßbeständigkeit.

In der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung (ausgedrückt in Mol-%) muß PpOj- in einer Menge von 45 bis 70 % vorliegen. Wenn die Menge an PpO,- außerhalb des vorstehenden Bereichs liegt, verschlechtert sich die Stabilität des Glases oder seine Flüchtigkeit erhöht sich.

Die Menge an SiOp beträgt 5 bis 20 %. Die Zugabe von SiOp erhöht die Festigkeit des Glases und verringert den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases. Wenn die SiOp-Menge jedoch 20 % übersteigt, wird die Unterdrückungsrate bemerkenswert und ebenfalls verschlechtert sich die chemische Haltbarkeit.

Zur Verringerung des Wärmeausdehnungskoeffizienten unter Aufrechterhaltung des stimulierten Emissionsquer-Schnitts in der gewünschten Höhe sollte weiterhin die Gesamtmenge an PpOj- + SiOp + Al-O, im Bereich von 60 bis 95 % gehalten werden.

AIpO-, wird in einer Menge von 10 % ^ AIpO-, £ 20 % zuge-QQ geben, um den stimulierten Emissionsquerschnitt zu verringern, wodurch er auf den für den jeweiligen Zweck geeigneten Wert eingestellt wird.

Wenn die Gesamtmenge an AIpO, + SiOp 20 % oder weniger gg beträgt, verschlechtert sich die Festigkeit und der stimulierte Emissionsquerschnitt erhöht sich.

Wenn die Gesamtmenge an Li^O + Na₂O + K₂O weniger als 4 %

beträgt, wird die Glasbildung schwierig.

Wenn andererseits die Gesamtmenge davon 30 % übersteigt, erhöht sich der Wärmeausdehnungskoeffizient und damit verringert sich die Wärmestoßbeständigkeit und die chemische Haltbarkeit verschlechtert sich ebenfalls.

Nd^⁺ ist das aktive Ion des Laserglases, und NdpO-, muß in einer Menge von wenigstens 0,01 % vorliegen, damit das Glas die Eigenschaften eines Laserglases zeigt. In der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung kann Nd₂O., bis zu 12 % (30 χ 10 Ionen/ml als Nd^⁺) zugegeben werden.

Bezüglich der Komponenten, die gegebenenfalls zugegeben

jg werden können, können La-O^ + ^p^ ⁺ ^2^λ ^a^^s ^^rsatz ^^ür AIpOn im Bereich von 0 bis 5 % verwendet werden.

RO (R' = Mg, Ca, Sr, Ba, Zn oder Pb) kann als Ersatz für LipO, Na-O und KpO im Bereich von 0 bis 10 % zuge-2Q geben werden und ist wirksam, um den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verringern und die chemische Haltbarkeit zu verbessern.

Zusätzlich sind NbpOc + CeO~ als Komponenten zur Verhinderung einer Solarisation im Bereich von 0 bis 1 % wirksam.

Das erfindungsgemäße Silikophosphatlaserglas wird durch Mischen der Glasrohmaterialien, um die vorstehend be-₃q schriebene Glaszusammensetzung zu erhalten, Schmelzen der Mischung, ausreichendes Entfernen des Wassers, beispielsweise durch Einleiten von Trockengas, auf übliche Weis.e und anschließendes Formen in eine gewünschte Form hergestellt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

1 Beispiel

Tabelle 1

Glaszusammensetzung (Mol-%) Probe

10 15

Komponente

P₂O₅ SiO₂

LiO

Nd₂O₃

MgC BaO

60 10 15 13

60

17

13

60 5

20 13

59,8 10

10,2 18

59,8

10

10,2

18 2

59,8 10

10,2 10

Nd³⁺(10²⁰Ionen/ml) 5,45 5,39 5,36 5,28 5,54 5,03 5,55

3,6 3,5 3,4 3,2 3,7 4,0 3,6

20

(1O~²⁰ cm²)

78 75 75 93

84

: Stimulierter Emissionsquerschnitt

x Wärmeausdehnungskoeffizient

25 30 35

Beispiel 2

Fünf Arten von Silikophosphatlaserglasern wurden gemäß der Zusammensetzung der Probe 5 des Beispiels 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß die Konzentration der Nd -Ionen geändert wurde. Die Fluoreszenzlebensdauer jedes Glases wurde gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben.

Die Fluoreszenzlebensdauer wird beeinflußt durch die Wassermenge (0H-Gruppe), welche in dem Glas enthalten ist, Deshalb wird der Infrarot-Absorptionskoeffizient aufgrund

der O-H-Schwingung in der Nähe von etwa 3,3 μ ebenfalls in Tabelle 2 als Maß für die OH-Menge angegeben.

Tabelle Änderung der Fluoreszenzlebensdauer

Nd³⁺ (10²⁰ Ionen/ml) 1,46 2,88 5,59 8,35 11,0

Absorptions- ,

koeffizient (cm~ )

Fluoreszenzlebensdauer des
SiIikophosphatglases

1,1 0,9 1,0 1,5 1,3

Fluoreszenzlebens-

dauer des 390 310 150 90

Silikatglases (ys)

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, besitzt das erfindungsgemäße Silikophosphatlaserglas eine geringe Ur.t erdrückungsrate der Fluoreszenz und ermöglicht die Dotierung mit Nd-O, bis zu einem hohen Konzentrationsbereich. Deshalb ist die gespeicherte Energie groß, der stimulierte Emissionsquerschnitt ist angemessen und der Verlust aufgrund von Streu- bzw. Störschwingung ist gering. Demgemäß ist das erfindungsgemäße Silikophosphatlaserglas als Verstärkermedium sehr geeignet.

Claims (1)

1. GRUNECKER. KINKELDEY. STOCKMAlR & PARTNER

   Hoya Corporation 5-7-2, Nakaochiai Shinjuku-ku Tckyo Japan

   Patentanspruch

   PATENTANWÄLTE

   A GRUNECKER ν*·, :u

   DR H KINKELDEY w- ·■««

   DR W STOCKMAIR m-. ™r. «ι .(.«,«-..-

   D« K SCHUMANN, mi- -.«:

   P H JAKOB r»>·. .Ni,

   DR G BEZOLD im -c-r ν

   W MEISTER. D.i»i iNb

   w HILGERS. οι·». .nu

   DR H MEYER-PLATH- _o ». .w.

   DR M BOTT-SODENHAuSEN." o*. «·»«

   DR L). KINKELDEY dip- bo.

   ι CE'jC'F ΕΝΠβΡ.' DF - -N CE 3ENF.F

   SOOO MÜNCHEN 22

   19. März 1986 P 20 068-609/So

   Silikophosphatlaserglas

   Silikophosphatlaserglas, umfassend in Mol-%

   H5 bis 70 % P₂O₅ ;

   5 bis 20 % Si 60 bis 95 % P₂O₅ + SiO₂ + Al₂O₃ 10 % CAl₂O₃ 420 % ; 20 %< (Al₂O₃ + SiO₂) έ 30 % ;

   iJ bis 30 % Li₂O + Na₂O + K₃O ; 0,01 bis 12 % Nd₂O_{3 ;} 0 bis 5 % La₂O-. + ^γρ^Ο3 ⁺

   0 bis 10 % R'O 0 bis 1 % Nb₂O₅ + CeO₂ ,

   ^B2°5 und

   worin

   R' Mg, Ca, Sr, Ba, Zn oder Pb ist.