RU2380806C1 - Crystalline glass material for passive laser shutter and method of producing said material - Google Patents

Crystalline glass material for passive laser shutter and method of producing said material Download PDF

Info

Publication number
RU2380806C1
RU2380806C1 RU2008128703/28A RU2008128703A RU2380806C1 RU 2380806 C1 RU2380806 C1 RU 2380806C1 RU 2008128703/28 A RU2008128703/28 A RU 2008128703/28A RU 2008128703 A RU2008128703 A RU 2008128703A RU 2380806 C1 RU2380806 C1 RU 2380806C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
glass
temperature
hours
mgo
zno
Prior art date
Application number
RU2008128703/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Сергеевна Дымшиц (RU)
Ольга Сергеевна Дымшиц
Александр Александрович Жилин (RU)
Александр Александрович Жилин
Александр Викторович Шашкин (RU)
Александр Викторович ШАШКИН
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И.Вавилова")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И.Вавилова") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И.Вавилова")
Priority to RU2008128703/28A priority Critical patent/RU2380806C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2380806C1 publication Critical patent/RU2380806C1/en

Links

Landscapes

  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: crystalline glass material for a passive laser shutter is a transparent crystalline glass lithium-alumosilicate system containing crystalline phases of a normal spinel and a β-quartz solid solution. The material has the following composition (in mol %): SiO2 54-73, Al2O3 15-28, Li2O 12-18, Na2O 0-1, K2O 0-1, ZnO 0-2, MgO 0-2, TiO2 4-8 and CoO 0.02-0.2. TiO2, Na2O, K2O, ZnO, MgO and CoO are in amount of over 100% of the main composition. The method of producing crystalline glass material for a passive laser shutter involves melting glass material of given composition, cooling the melt and annealing it until viscosity equal to 1010.5-1011 Pa·s is attained. Two-step thermal treatment is carried out, the first of which is carried out at temperature ranging from 680 to 750°C for 2-12 hours, and the second at temperature from 760 to 820°C for 2-24 hours, and then cooling to room temperature.
EFFECT: material for passive laser shutters has low absorption saturation intensity in that wavelength range, and low coefficient of thermal expansion.
2 cl

Description

Изобретение относится к материалам лазерной техники, в частности к материалам для изготовления пассивных затворов лазеров с модулированной добротностью или систем развязки многокаскадных генераторов.The invention relates to materials of laser technology, in particular to materials for the manufacture of passive shutters of Q-switched lasers or decoupling systems for multi-stage generators.

Для твердотельных лазеров, излучающих импульсы в единицы - десятки наносекунд, используется режим модуляции добротности лазерного резонатора, достигаемый с использованием активных или пассивных затворов. Применение насыщающихся поглотителей (пассивных затворов) имеет несколько преимуществ по сравнению с использованием активных модуляторов: они просты в изготовлении и эксплуатации, дешевы и долговечны.For solid-state lasers emitting pulses of a few tens of nanoseconds, the Q-switched mode of the laser resonator, achieved using active or passive shutters, is used. The use of saturable absorbers (passive shutters) has several advantages compared to the use of active modulators: they are simple to manufacture and operate, cheap and durable.

В последние годы в качестве насыщающихся поглотителей для модуляции добротности твердотельных лазеров, работающих в спектральной области около 1,5 мкм, были предложены различные кристаллы. Среди них особое внимание привлекают кристаллы, активированные тетраэдрически координированными ионами двухвалентного кобальта, в частности кристаллы алюмомагниевой шпинели [1-3] и литиевогаллиевой шпинели [4]. В этих кристаллах ионы кобальта имеют полосу поглощения в области 1.3-1.6 мкм, сечение поглощения в которой существенно выше, чем сечение стимулированного излучения ионов эрбия в активных элементах на основе стекол, активированных ионами эрбия. Поэтому использование таких пассивных затворов возможно без дополнительной фокусировки излучения внутри лазерного резонатора.In recent years, various crystals have been proposed as saturable absorbers for Q-switching of solid-state lasers operating in the spectral region of about 1.5 μm. Among them, special attention is paid to crystals activated by tetrahedrally coordinated bivalent cobalt ions, in particular crystals of aluminum-magnesium spinel [1-3] and lithium-gallium spinel [4]. In these crystals, cobalt ions have an absorption band in the region of 1.3–1.6 μm, the absorption cross section in which is substantially higher than the cross section for stimulated emission of erbium ions in active elements based on glasses activated by erbium ions. Therefore, the use of such passive shutters is possible without additional focusing of the radiation inside the laser cavity.

Стеклокристаллические материалы сочетают полезные свойства монокристаллов за счет выделения соответствующей кристаллической фазы с преимуществами производства по стекольной технологии, более легкой, гибкой и дешевой, чем выращивание монокристаллов.Glass-crystalline materials combine the beneficial properties of single crystals by isolating the corresponding crystalline phase with the advantages of glass technology, which is easier, more flexible and cheaper than growing single crystals.

Наиболее близкой по составу, структуре и свойствам является прозрачная стеклокерамика с кристаллической фазой нормальной шпинели с примесью ионов Со в концентрации от 0,02 до 0,2 мас.% [5], выбранная за прототип. Недостатком прототипа является то, что материал содержит только одну фазу - нормальную шпинель, т.е. его температурный коэффициент расширения составляет (50-70)·10-7/°С, что делает невозможным его использование для изготовления пассивных модуляторов добротности мощных лазеров, т.к. такой материал не обладает высокой термостойкостью.The closest in composition, structure and properties is a transparent glass ceramic with a crystalline phase of normal spinel mixed with Co ions in a concentration of from 0.02 to 0.2 wt.% [5], selected for the prototype. The disadvantage of the prototype is that the material contains only one phase - normal spinel, i.e. its temperature coefficient of expansion is (50-70) · 10 -7 / ° С, which makes it impossible to use it for the manufacture of passive Q-switches of high-power lasers, because such material does not have high heat resistance.

Следовательно, высока потребность в производстве прозрачной стеклокерамики с низким коэффициентом термического расширения, прозрачной и обладающей насыщающимся поглощением.Therefore, there is a high demand for the production of transparent glass ceramics with a low coefficient of thermal expansion, transparent and with saturable absorption.

Задачей изобретения является создание материала для пассивных лазерных затворов в области длин волн 1,2-1,6 мкм, обладающего не только низкой интенсивностью насыщения поглощения на этой длине волны, но и низким коэффициентом термического расширения.The objective of the invention is to create a material for passive laser shutters in the wavelength region of 1.2-1.6 μm, having not only a low absorption saturation intensity at this wavelength, but also a low coefficient of thermal expansion.

Для решения этой задачи нами предлагается новый материал для пассивных лазерных затворов - прозрачная стеклокерамика литиевоалюмосиликатной системы, содержащая кристаллические фазы нормальной шпинели с примесью ионов Со2+ в тетраэдрической координации в концентрации от 0,02 до 0,2 мас.% и β-кварцевого твердого раствора. Кристаллическая фаза кобальтсодержащей нормальной шпинели обеспечивает насыщающееся поглощение в диапазоне длин волн 1,2-1,6 мкм, а литиевоалюмосиликатная кристаллическая фаза со структурой β-кварца - близкий к нулю коэффициент термического расширения получаемого материала.To solve this problem, we propose a new material for passive laser shutters - transparent glass-ceramic of a lithium aluminosilicate system containing crystalline phases of normal spinel mixed with Co 2+ ions in tetrahedral coordination in a concentration of from 0.02 to 0.2 wt.% And β-quartz solid solution. The crystalline phase of cobalt-containing normal spinel provides saturable absorption in the wavelength range of 1.2-1.6 μm, and the lithium aluminosilicate crystalline phase with a β-quartz structure provides a close to zero coefficient of thermal expansion of the resulting material.

Способ получения такого материала отличается от прототипа регулируемой кристаллизацией шпинели на первой, низкотемпературной стадии термообработки и выделением литиевоалюмосиликатной кристаллической фазы со структурой β-кварца на второй, более высокотемпературной стадии термообработки.The method for producing such a material differs from the prototype in the controlled crystallization of spinel in the first, low-temperature stage of heat treatment and the isolation of a lithium aluminum silicate crystalline phase with a β-quartz structure in the second, higher-temperature stage of heat treatment.

Предлагаемая группа изобретений имеет единый изобретательский замысел.The proposed group of inventions has a single inventive concept.

Прозрачная стеклокерамика с низким коэффициентом термического расширения и нанокристаллами шпинели, содержащими ионы двухвалентного кобальта в тетраэдрической координации, может быть изготовлена из стекол составов, представленных в Таблице 1.Transparent glass ceramics with a low coefficient of thermal expansion and spinel nanocrystals containing cobalt bivalent ions in tetrahedral coordination can be made from glasses of the compositions shown in Table 1.

Таблица 1.Table 1. Компонент стекла Glass component Концентрация (мол.%)Concentration (mol.%) SiQ2 SiQ 2 54-7354-73 Al2O3 Al 2 O 3 15-2815-28 Li2OLi 2 O 12-1812-18 Na2ONa 2 O 0-10-1 К2ОK 2 O 0-10-1 ZnOZno 0-20-2 MgOMgO 0-20-2 TiO2 TiO 2 4-84-8 CoOCoo 0,02-0,20.02-0.2

В предлагаемом материале содержатся компоненты TiO2, Na2O, К2О, ZnO, MgO и CoO, которые введены сверх 100% основного состава. Совокупность 3-х первых компонентов - SiO2, Al2O3 и Li2O - образует основу, формирующую ионно-ковалентно увязанную сетку стекла. При этом TiO2 является нуклеатором кристаллизации, СоО - красителем, Na2O, К2О, ZnO и MgO - технологическими добавками.The proposed material contains components TiO 2 , Na 2 O, K 2 O, ZnO, MgO and CoO, which are introduced in excess of 100% of the main composition. The combination of the first 3 components — SiO 2 , Al 2 O 3, and Li 2 O — forms the base that forms the ion-covalently linked glass network. Moreover, TiO 2 is a crystallization nucleator, CoO is a dye, Na 2 O, K 2 O, ZnO and MgO are technological additives.

Предлагаемый способ получения стеклокристаллического материала состоит из следующих этапов:The proposed method for producing glass crystal material consists of the following steps:

1. Плавление шихты стекла состава, приведенного в таблице 1, при температуре на 200-300°С выше ликвидуса.1. Melting a mixture of glass composition shown in table 1, at a temperature of 200-300 ° C above liquidus.

2. Охлаждение расплава до температуры 1300-1450°С с приданием стеклу необходимой формы и отжиг прозрачного стекла при температуре 640-670°С, при которой вязкость материала равна 1010·5-1011Па·с.2. Cooling the melt to a temperature of 1300-1450 ° C with giving the glass the necessary shape and annealing transparent glass at a temperature of 640-670 ° C, at which the viscosity of the material is 10 10 · 5 -10 11 Pa · s.

3. Превращение стекла в стеклокерамику путем дополнительной термообработки: нагревания стекла по двухстадийному режиму, при котором образование нанокристаллов шпинели происходит при температуре от 680 до 750°С в течение 2-12 часов, а образование нанокристаллов β-кварца - при температуре от 760 до 820°С в течение 2-24 часов.3. The transformation of glass into glass ceramics by additional heat treatment: heating the glass in a two-stage mode, in which the formation of spinel nanocrystals occurs at a temperature of 680 to 750 ° C for 2-12 hours, and the formation of β-quartz nanocrystals at a temperature of from 760 to 820 ° C for 2-24 hours.

4. Охлаждение стеклокристаллического материла до комнатной температуры.4. Cooling the glass crystal material to room temperature.

Основными преимуществами предложенной стеклокерамики перед известными техническими решениями является сочетание малого коэффициента термического расширения и низкой интенсивности насыщения поглощения, что позволяет использовать стеклокерамику для изготовления пассивных затворов высокомощных лазеров с модулированной добротностью.The main advantages of the proposed glass ceramics over the well-known technical solutions is the combination of a small coefficient of thermal expansion and low absorption saturation intensity, which allows the use of glass ceramics for the manufacture of passive shutters of high-power Q-switched lasers.

Известен способ получения прозрачной термостойкой стеклокерамики, состоящий в двухстадийной выдержке исходного литиевоалюмосиликатного стекла с диоксидом титана в качестве катализатора кристаллизации: первая, низкотемпературная выдержка создает центры кристаллизации - ликвационные аморфные алюмотитановые области, равномерно распределенные в объеме стекла, в которых выделяются титансодержащие кристаллы. Вторая, высокотемпературная стадия термообработки приводит к выделению твердых растворов β-кварца, обеспечивающих близкий к нулю коэффициент термического расширения материала при сохранений его прозрачности (Патент США №2920971 от 01.12.1960, МПК С03С 10/04). На основе технического решения данного патента были созданы материалы, окрашенные в различные цвета за счет введения в состав стекла красящих добавок, которые при термообработке либо оставались в стеклофазе, либо входили в кристаллы твердых растворов β-кварца. В данном патенте не описывается получение шпинели.A known method for producing transparent heat-resistant glass ceramics, consisting in two-stage exposure of the original lithium aluminum silicate glass with titanium dioxide as a crystallization catalyst: the first, low-temperature exposure creates crystallization centers - segregation amorphous aluminotitanium regions uniformly distributed in the glass volume, in which titanium-containing crystals are released. The second, high-temperature stage of heat treatment leads to the release of β-quartz solid solutions providing a coefficient of thermal expansion of the material close to zero while maintaining its transparency (US Patent No. 2920971 dated 12/01/1960, IPC С03С 10/04). Based on the technical solution of this patent, materials were dyed in different colors due to the introduction of coloring additives into the glass composition, which, when heat treated, either remained in the glass phase or were incorporated into crystals of β-quartz solid solutions. This patent does not describe the production of spinel.

Нам не известны технические решения, заключающиеся в формировании нанокристаллов шпинели, активированных ионами кобальта, на стадии низкотемпературной термообработки ситаллизирующегося стекла и кристаллизации твердых растворов β-кварца на более высокотемпературной стадии термообработки с сохранением нанокристаллов шпинели с ионами кобальта. В патенте (США №5256600 от 26.10.1993, МПК C03L 010/14) ионы кобальта при вторичной термообработке исходного стекла входят в кристаллы твердых растворов β-кварца. Кристаллов шпинели не образуется, а значит, материал не обладает свойствами насыщающегося поглощения.We are not aware of technical solutions consisting in the formation of spinel nanocrystals activated by cobalt ions at the stage of low-temperature heat treatment of glass to be crystallized and crystallization of β-quartz solid solutions at the higher temperature stage of heat treatment with conservation of spinel nanocrystals with cobalt ions. In the patent (US No. 5256600 dated 10.26.1993, IPC C03L 010/14), cobalt ions during the secondary heat treatment of the initial glass enter crystals of β-quartz solid solutions. No spinel crystals are formed, which means that the material does not possess saturable absorption properties.

Конкретные примеры составов стекол, режимов термообработки и полученные свойства стеклокристаллических материалов приведены в таблице 2, из которой видно, что стеклокристаллические материалы данных составов, полученные по приведенным режимам, обладают прозрачностью, низким коэффициентом термического расширения и насыщающимся поглощением, обеспеченным присутствием наноразмерных кристаллов шпинели, активированной ионами кобальта.Specific examples of glass compositions, heat treatment conditions, and the obtained properties of glass crystal materials are shown in Table 2, from which it can be seen that glass crystal materials of these compositions obtained by the above modes have transparency, low coefficient of thermal expansion and saturable absorption, ensured by the presence of nanosized spinel crystals activated cobalt ions.

Компоненты шихты в виде оксидов и карбонатов смешивались, перемалывались с целью получения однородной шихты, шихта засыпалась в тигли из кварцевой керамики, которые закрывались крышками и помещались в печь. При температуре 1550-1600°С шихта плавилась в течение примерно 6 часов с перемешиванием мешалкой из кварцевой керамики, расплав отливался в стальную форму и образовывал стеклянный прозрачный брусок.The components of the mixture in the form of oxides and carbonates were mixed, milled to obtain a homogeneous mixture, the mixture was poured into crucibles made of quartz ceramics, which were closed with lids and placed in the furnace. At a temperature of 1550-1600 ° C, the mixture melted for about 6 hours with stirring with a quartz ceramic stirrer, the melt was cast into a steel mold and formed a glass transparent bar.

Таблица 2.Table 2. Компонент стеклаGlass component Номер образцаSample Number 1one 22 33 Концентрация, мол. %Concentration, mol. % SiO2 SiO 2 5454 7373 6464 Al2O3 Al 2 O 3 2828 15fifteen 2424 Li2OLi 2 O 18eighteen 1616 1212 TiO2 TiO 2 88 4four 66 CoOCoo 0,020.02 0,20.2 0,10.1 Na2ONa 2 O 00 0,30.3 1one K2OK 2 O 00 1,01,0 0,50.5 ZnOZno 00 2,02.0 1,01,0 MgOMgO 2,02.0 0,20.2 00 Условия термообработкиHeat treatment conditions 1 стадияStage 1 680°С 12 час.680 ° C 12 hours. 750°С 2 час.750 ° C for 2 hours. 720°С 6 час.720 ° C for 6 hours. 2 стадия2 stage 760°С 24 час.760 ° C 24 hours. 820°С 2 час.820 ° C for 2 hours. 800°С 4 час.800 ° C for 4 hours. Длина волны генерации, мкмGeneration wavelength, microns 1,351.35 1,541,54 1,541,54 Коэффициент термического расширения,(× 10-7/°С)The coefficient of thermal expansion, (× 10 -7 / ° C) 15,015.0 10,010.0 1212 Начальное пропускание, %Initial transmission% 98,598.5 7070 8080 Толщина затвора, ммShutter thickness mm 0,10.1 0,30.3 0,360.36 Длительность импульса лазерного излучения, нсThe duration of the laser pulse, ns 235235 8080 9090 Энергия импульса лазерного излучения, мДжPulse energy of laser radiation, mJ 0,400.40 4four 66

Введение SiO2 в количествах, меньших указанного, не приводит после кристаллизации к образованию прозрачного термостойкого материала, а введение SiO2 в количествах, больших указанного, повышает температуру плавления шихты до температур, превышающих 1600°С, что не обеспечивается стандартным стекловаренным оборудованием и препятствует получению расплава стекла. Введение Al2O3 и Li2O в количествах, меньших и больших заявляемого интервала, препятствует получению прозрачного стеклокристаллического материала. Введение TiO2 в количествах, меньших заявляемого, препятствует получению прозрачного стеклокристаллического материала. Введение TiO2 в количествах, больших заявляемого, приводит к самопроизвольной кристаллизации исходного стекла при выработке. Введение СоО в количествах, меньших заявляемого, не приводит к эффекту насыщающегося поглощения. Введение СоО в количествах, больших заявляемого, приводит к большим величинам ненасыщающегося поглощения и, таким образом, к снижению эффективности работы лазера. В отсутствие технологических добавок Na2O, К2О, MgO, ZnO возможно синтезировать стекла, особенно с содержанием Si2O до 60 мол.%, однако введение технологических добавок снижает температуру варки, облегчает процесс гомогенизации стекол.The introduction of SiO 2 in amounts less than the specified does not lead to the formation of a transparent heat-resistant material after crystallization, and the introduction of SiO 2 in amounts greater than the specified increases the melting temperature of the mixture to temperatures exceeding 1600 ° C, which is not provided by standard glass melting equipment and prevents the production of molten glass. The introduction of Al 2 O 3 and Li 2 O in amounts smaller and larger than the claimed range, prevents the formation of a transparent glass crystal material. The introduction of TiO 2 in amounts less than the claimed, prevents the formation of a transparent glass crystal material. The introduction of TiO 2 in quantities greater than the claimed, leads to spontaneous crystallization of the original glass during production. The introduction of CoO in amounts less than the claimed does not lead to the effect of saturable absorption. The introduction of CoO in quantities greater than the claimed leads to large values of unsaturated absorption and, thus, to reduce the efficiency of the laser. In the absence of technological additives Na 2 O, K 2 O, MgO, ZnO, it is possible to synthesize glasses, especially with a Si 2 O content of up to 60 mol%, however, the introduction of technological additives reduces the cooking temperature, facilitates the process of glass homogenization.

Введение более 1% Na2O и К2О, более 2% MgO и ZnO приводит к потере прозрачности материала за счет роста крупных кристаллов твердых растворов со структурой β-кварца и снижения температуры их перекристаллизации в кристаллы твердых растворов со структурой β-сподумена, увеличивающие коэффициент термического расширения получаемого материала и приводящие к потере его прозрачности.The introduction of more than 1% Na 2 O and K 2 O, more than 2% MgO and ZnO leads to a loss of transparency of the material due to the growth of large crystals of solid solutions with a β-quartz structure and a decrease in the temperature of their recrystallization into crystals of solid solutions with a β-spodumene structure, increasing the coefficient of thermal expansion of the resulting material and leading to the loss of its transparency.

Дополнительная термообработка образцов на первой стадии при температуре ниже 680°С не приводит к жидкостному фазовому распаду и выделению кристаллической фазы - шпинели. Термообработка образцов на первой стадии при температуре выше 750°С приводит к выделению крупных кристаллов β-кварцевых твердых растворов без жидкостного фазового распада и без выделения кристаллической фазы - шпинели. Длительность термообработки на первой стадии менее 2 часов не приводит к фазовому разделению стекла и формированию кристаллов шпинели. Длительность термообработки на первой стадии более 12 часов приводит к разрушению кристаллов шпинели. Требуемая окраска не возникает.Additional heat treatment of the samples in the first stage at a temperature below 680 ° C does not lead to liquid phase decomposition and precipitation of the crystalline phase - spinel. Heat treatment of samples at the first stage at temperatures above 750 ° C leads to the release of large crystals of β-quartz solid solutions without liquid phase decomposition and without the release of the crystalline phase - spinel. The duration of the heat treatment in the first stage of less than 2 hours does not lead to phase separation of the glass and the formation of spinel crystals. The duration of the heat treatment in the first stage of more than 12 hours leads to the destruction of spinel crystals. The required color does not occur.

Термообработка образцов на второй стадии при температуре ниже 760°С не приводит к выделению кристаллов β-кварцевых твердых растворов, а значит, не приводит к повышению термостойкости материала. Термообработка образцов на второй стадии при температуре выше 820°С приводит к распаду кристаллов шпинели и, следовательно, к исчезновению свойства насыщающегося поглощения. Длительность термообработки на второй стадии менее 2 часов не достаточна для кристаллизации β-кварцевых твердых растворов и придания материалу термостойкости. Длительность второй стадии термообработки более 24 часов приводит к разрушению кристаллов шпинели и потере свойства насыщающегося поглощения.Heat treatment of samples in the second stage at temperatures below 760 ° C does not lead to the separation of crystals of β-quartz solid solutions, and therefore does not lead to an increase in the heat resistance of the material. Heat treatment of samples in the second stage at temperatures above 820 ° C leads to the decomposition of spinel crystals and, therefore, to the disappearance of the property of saturable absorption. The duration of the heat treatment in the second stage of less than 2 hours is not sufficient to crystallize β-quartz solid solutions and to give the material heat resistance. The duration of the second heat treatment stage of more than 24 hours leads to the destruction of spinel crystals and the loss of saturation absorption property.

Образцы стекла термообрабатывались по режимам, указанным в таблице 2. Кристаллические фазы определялись с помощью рентгенофазового анализа, также измерялся коэффициент термического расширения и спектр пропускания. В каждом опыте исходное стекло нагревалось до температуры первого плато со скоростью 200°С/час, выдерживалось в течение времени, достаточного для прохождения жидкостного фазового распада и выделения кристаллической фазы - шпинели, затем температура поднималась до второго плато со скоростью 100°С/час, при этом выделялись кристаллы β-кварцевого твердого раствора, обеспечивающие высокую термостойкость материала, и закристаллизованный образец охлаждался до комнатной температуры в печи инерционно. Размер кристаллов полученной шпинели составляет 3-6 нм, а кристаллов β-кварцевого твердого раствора - 20-30 нм.Glass samples were heat treated according to the regimes indicated in Table 2. The crystalline phases were determined using x-ray phase analysis, the thermal expansion coefficient and the transmission spectrum were also measured. In each experiment, the initial glass was heated to the temperature of the first plateau at a rate of 200 ° C / hour, maintained for a time sufficient to undergo liquid phase decomposition and precipitate crystalline phase - spinel, then the temperature rose to the second plateau at a speed of 100 ° C / hour, in this case, crystals of β-quartz solid solution were released, which provided high heat resistance of the material, and the crystallized sample was cooled inertia to room temperature in the furnace. The crystal size of the obtained spinel is 3-6 nm, and the crystals of the β-quartz solid solution is 20-30 nm.

В отличие от прототипа предлагаемая термостойкая стеклокерамика может быть использована для изготовления пассивных модуляторов добротности мощных лазеров, работающих в диапазоне длин волн 1,2-1,6 мкм.In contrast to the prototype, the proposed heat-resistant glass ceramics can be used for the manufacture of passive Q-switches of high-power lasers operating in the wavelength range of 1.2-1.6 μm.

ЛитератураLiterature

1. Denker В., Galagan В., Godovikova Е., Meilman М., Osiko V., Sverchkov S., "The efficient saturable absorber for 1.54 µm Er glass lasers", OSA TOPS on Advanced Solid State Lasers, 26, pp.618-621, 1999.1. Denker V., Galagan V., Godovikova E., Meilman M., Osiko V., Sverchkov S., "The efficient saturable absorber for 1.54 µm Er glass lasers", OSA TOPS on Advanced Solid State Lasers, 26, pp .618-621, 1999.

2. Yumashev K.V., Denisov I.A., Posnov N.N., Prokoshin P.V., Mikhailov V,P., "Nonlinear absorption properties of Co2+: MgAl2O4 crystal", Appl. Phys. B, 70, 179-184 (2000).2. Yumashev KV, Denisov IA, Posnov NN, Prokoshin PV, Mikhailov V, P., "Nonlinear absorption properties of Co 2+ : MgAl 2 O 4 crystal", Appl. Phys. B, 70, 179-184 (2000).

3. Yumashev К.V., Denisov I.A., Kuleshov N.V., "Co2+-doped spinels saturable absorber Q-switches for 13-1,6 µm solid state lasers", OSA TOPS on Advanced Solid State Lasers, Vol.34, 236-239 (2000).3. Yumashev K.V., Denisov IA, Kuleshov NV, "Co 2+ -doped spinels saturable absorber Q-switches for 13-1.6 µm solid state lasers", OSA TOPS on Advanced Solid State Lasers, Vol. 34, 236-239 (2000).

4. Donegan L.F., Anderson F,G., Bergin F.J., et al., "Optical and magnetic-circular-dichroism-optically-detected-magnetic-resonance study of the Co2+ ion in LiGa5O8" Phys, Rev, В 45, 563 (1992).4. Donegan LF, Anderson F, G., Bergin FJ, et al., "Optical and magnetic-circular-dichroism-optically-detected-magnetic-resonance study of the Co 2+ ion in LiGa 5 O 8 " Phys, Rev , B 45, 563 (1992).

5. Патент РФ №2114495, опубл. 27.06.1998 по индексу МПК H01S 3/11.5. RF patent №2114495, publ. 06/27/1998 according to the IPC index H01S 3/11.

Claims (2)

1. Стеклокристаллический материал для пассивного лазерного затвора, представляющий собой прозрачную стеклокерамику литиевоалюмосиликатной системы, содержащую кристаллические фазы нормальной шпинели и β-кварцевого твердого раствора, изготовленный из стекол следующего состава, мол.%:
SiO2 54-73 Аl2O3 15-28 Li2O 12-18 Na2O 0-1 К2O 0-1 ZnO 0-2 MgO 0-2 TiO2 4-8 СоО 0,02-0,2,

при этом TiO2, Na2O, К2О, ZnO, MgO и СоО введены сверх 100% основного состава.
1. Glass crystal material for a passive laser shutter, which is a transparent glass-ceramic lithium aluminosilicate system containing crystalline phases of normal spinel and β-quartz solid solution, made of glasses of the following composition, mol.%:
SiO 2 54-73 Al 2 O 3 15-28 Li 2 O 12-18 Na 2 O 0-1 K 2 O 0-1 Zno 0-2 MgO 0-2 TiO 2 4-8 Soo 0.02-0.2,

while TiO 2 , Na 2 O, K 2 O, ZnO, MgO and CoO are introduced in excess of 100% of the basic composition.
2. Способ получения стеклокристаллического материала для пассивного лазерного затвора, включающий плавление шихты стекла состава, мол.%: SiO2 54-73, Аl2O3 15-28, Li2O 12-18, Na2O 0-1, K2O 0-1, ZnO 0-2, MgO 0-2, TiO2 4-8 и СоО 0,02-0,2, охлаждение расплава и его отжиг до получения вязкости материала, равной
1010.5-1011 Па·с, последующую двухстадийную термообработку, первую из которых проводят при температуре от 680 до 750°С в течение 2-12 ч, вторую при температуре от 760 до 820°С в течение 2-24 ч, и затем охлаждают до комнатной температуры.
2. A method of producing a glass crystal material for a passive laser shutter, comprising melting a mixture of glass composition, mol.%: SiO 2 54-73, Al 2 O 3 15-28, Li 2 O 12-18, Na 2 O 0-1, K 2 O 0-1, ZnO 0-2, MgO 0-2, TiO 2 4-8 and CoO 0.02-0.2, cooling the melt and annealing it to obtain a material viscosity equal to
10 10.5 -10 11 Pa · s, the subsequent two-stage heat treatment, the first of which is carried out at a temperature of from 680 to 750 ° C for 2-12 hours, the second at a temperature of from 760 to 820 ° C for 2-24 hours, and then cooled to room temperature.
RU2008128703/28A 2008-07-14 2008-07-14 Crystalline glass material for passive laser shutter and method of producing said material RU2380806C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008128703/28A RU2380806C1 (en) 2008-07-14 2008-07-14 Crystalline glass material for passive laser shutter and method of producing said material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008128703/28A RU2380806C1 (en) 2008-07-14 2008-07-14 Crystalline glass material for passive laser shutter and method of producing said material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2380806C1 true RU2380806C1 (en) 2010-01-27

Family

ID=42122293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008128703/28A RU2380806C1 (en) 2008-07-14 2008-07-14 Crystalline glass material for passive laser shutter and method of producing said material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2380806C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2501746C2 (en) * 2012-01-10 2013-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Transparent glassceramics for light filter
RU2592303C1 (en) * 2015-02-25 2016-07-20 Ационерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Glass-ceramic material for passive laser gates, operating in safe for vision spectrum and method for production thereof
RU2798465C1 (en) * 2022-10-28 2023-06-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Crystal q-switches for lasers in the visible spectral range

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2501746C2 (en) * 2012-01-10 2013-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Transparent glassceramics for light filter
RU2592303C1 (en) * 2015-02-25 2016-07-20 Ационерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") Glass-ceramic material for passive laser gates, operating in safe for vision spectrum and method for production thereof
RU2798465C1 (en) * 2022-10-28 2023-06-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Crystal q-switches for lasers in the visible spectral range

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4396720A (en) Transparent glass-ceramics containing mullite
US6632758B2 (en) Transparent gallate glass-ceramics
CN109987848B (en) CsPbBr-containing material3Quantum dot superlattice structure glass and preparation method thereof
Lei et al. Growth of crack-free ZnGeP2 large single crystals for high-power mid-infrared OPO applications
CN109052968B (en) Rare earth ion doped photothermographic laser glass ceramic and preparation method thereof
US6632757B2 (en) Transparent forsterite glass-ceramics
RU2380806C1 (en) Crystalline glass material for passive laser shutter and method of producing said material
Dymshits et al. Transparent glass-ceramics based on Co2+-doped γ-GaxAl2− xO3 spinel nanocrystals for passive Q-switching of Er lasers
CN105776873B (en) A kind of high-crystallinity transparent glass-ceramics of " melting-cooling " method crystallization
US4519828A (en) Transparent glass-ceramics containing mullite
CN112811821B (en) Rare earth doped YAG high-crystallinity transparent glass ceramics and preparation method thereof
US4000998A (en) Spontaneously-formed nepheline-carnegieite glass-ceramics
Yadav et al. Luminescence and second harmonic generation in Eu3+/Eu2+ embedded B2O3: LiNbO3 non-linear glass–ceramics
Oishi et al. Preparation and optical properties of transparent tellurite based glass ceramics doped by Er3+ and Eu3+
US6531420B1 (en) Transparent lithium zinc magnesium orthosilicate glass-ceramics
CN1837115B (en) Method for preparing infrared double-frequency chalcogenide glass ceramics
Souza et al. Heavy metal oxide glass-ceramics containing luminescent gallium-garnets single crystals for photonic applications
RU2341472C1 (en) Glass with nanocrystals of lead selenide for saturable absorbers
Glazunov et al. Linear and non-linear optical properties of transparent glass-ceramics based on Co2+-doped Zn (Al, Ga) 2O4 spinel nanocrystals
CN101215092B (en) Infrared permeation sulfur series halide glass ceramic with double frequency function and preparation method thereof
RU2616648C1 (en) Method for production of glass-ceramic material with rare earth elements niobates nanoscale crystals
ZHENG et al. Spectroscopic investigations on Er3+/Yb3+-doped oxyfluoride glass ceramics containing YOF nanocrystals
RU2412917C1 (en) Glass with lead selenide nanocrystals for near infrared antireflection filters
RU2592303C1 (en) Glass-ceramic material for passive laser gates, operating in safe for vision spectrum and method for production thereof
RU2501746C2 (en) Transparent glassceramics for light filter

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20140812