[发明专利]磷酸铝玻璃组成

说明书

技术领域

本发明涉及适合于在“护眼”应用中用作固体激光介质的掺杂有Er³⁺且用Yb敏化的磷酸盐基玻璃。特别地，本发明涉及改善此类磷酸盐基激光玻璃组成的物理性能，特别是关于玻璃结构的强度和改善的抗热震性。

背景技术

“护眼”激光器是在损伤眼睛、特别是角膜和视网膜的可能性较低的波长下运行的激光器。眼睛的角膜或玻璃体液吸收波长大于约1.4μm(1400nm)的激光光束。角膜或玻璃体液的这种吸收避免了对敏感的视网膜的损伤。相反，小于约1.4μm的波长在角膜或玻璃体液中不被吸收，并因此可导致对视网膜的损伤。另一方面，波长大于1.8μm(1800nm)的激光光束被角膜过于强烈地吸收，并因此可导致对角膜的损伤。因此，波长在1400nm至1800nm范围内的激光光束通常被认为是“护眼”激光。

将护眼激光器(1类护眼激光器)归类为这样的激光器：其在激光器的设计或预期用途中固有的最长持续时间之内的任意曝光时间中不会发射超过适用的可获得激光辐射的可获得激光辐射。参见美国国家标准学会的ANSI Z136.1标准(Z136.1-2000)。另请参见21CFR J分章(Subchapter)1040.10节(Part)。

因此，激光器在户外的护眼(或视网膜安全)操作对于用于许多工业、国防以及医学应用的下一代激光器来说是非常感兴趣的。如上所述，被认为对于护眼操作最佳的波长范围为1400nm至1800nm。在这些波长下的激光发射可以用许多方式来实现。然而，掺杂有镧系元素的固体基质仍然作为最常用的高能量激光增益的方法。特别是，三价Er离子可以产生1540nm波长的直接发射。因此，Er是选择用于许多护眼应用的稀土元素发射体。近年来，在户外应用中的被动操作下对高光束质量的需要已重新引起了对Er掺杂的大块玻璃作为选择用于固态护眼激光器的增益材料的兴趣。

已知磷酸盐玻璃对于1540nm的Er³⁺发射产生高增益，尤其是当用Yb敏化时。参见，例如，Meyer(US 4,962,067)、Meyers(US 7,531,473)和Meyers等人(US 6,911,160)。不幸地，磷酸盐玻璃基质倾向于比其他可用的非晶态材料更弱。因此，对于能表现出更强的热机械性能的Er掺杂的磷酸盐玻璃存在需要。然而，众所周知，加入促进玻璃稳定性的元素将减少所获得的激光增益。还已知Er³⁺发射明显受到基质玻璃声子能量的影响。

发明内容

因此，本发明的一方面是提供Er掺杂的磷酸盐玻璃，其可用作具有提高的热机械优值(FOM)且同时维持或提高激光FOM的激光增益材料。

本发明的另一方面是提供用作固体激光介质的磷酸盐基玻璃组成，它与商业磷酸盐基玻璃LG940(Schott)一样含有铒、镱、铬和铈，并且与LG940相比具有更高的热机械FOM和可比的(即使不是更高的)激光FOM。

在进一步研究本说明书和所附权利要求时，本发明的另外的方面和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。

根据本发明，提供了一种Er掺杂/Yb敏化的磷酸盐玻璃组成，其表现出有利的激光性能和热机械性能，并且适用于护眼激光器。

根据本发明的一方面，所述磷酸盐玻璃组成包含(基于mol％)：

其中

R₂O＝Li₂O、Na₂O、K₂O、Rb₂O和Cs₂O的量的总和；

MO＝MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的量的总和；并且

其中Al₂O₃、SiO₂和Na₂O的总和为20.00-28.00mol％。

根据本发明的另外一方面，玻璃组分的一般、优选和特别优选的量(基于mol％)列于以下表1中：