[发明专利]一种光热折变玻璃及其制备方法

说明书

本发明提供一种光热折变玻璃及其制备方法，主要涉及衍射光学技术领域，其组分按摩尔百分比表示，含有：SiO₂：55.0～75.0％；ZnO：2.0～8.0％；Al₂O₃：1.0～7.0％；Br：0.5～1.5％；F：5.0～12.0％；Ag₂O：0.002～0.015％；CeO₂：0.005～0.015％；SnO₂：0.00～0.05％；Sb₂O₃：0.00～0.10％；Na₂O+K₂O：12.0～25.0％；其中Sb/Si：0～190×10^‑5。

技术领域

本发明主要涉及衍射光学技术领域，具体涉及一种光热折变玻璃及其制备方法。

背景技术

激光技术被认为是人类智能化社会生存和发展必不可少的工具之一。在各类高能固态、光纤和气体激光器中，高性能半导体激光抽运源是至关重要的核心部分。但是，作为抽运源的半导体激光器在光谱质量上一直存在如下问题：随着半导体激光器工作，器件产热温升，而半导体激光波长对温度较敏感，会导致波长漂移，光谱线宽展宽，极易造成半导体激光中心波长与被抽运的增益介质吸收波长失配，影响半导体激光抽运在高功率激光器的输出效率及可靠性。因此，半导体激光器波长锁定及线宽窄至关重要。

体布拉格光栅具有光谱选择和角度选择的特点,可使得激光阵列外腔每个单元发出的光均被选择性地反馈至相邻单元，激光器阵列外腔实现锁相，光谱宽度压窄至十分之一，远场发散角在1.5mrad以下，激光光束输出质量及稳定性均得到了有效提升。体布拉格光栅在半导体激光器中至关重要。作为体布拉格光栅的基础材料，高质量光热折变(Photo-Thermal Refractive，PTR)玻璃是获得高品质体布拉格光栅的前提条件。

PTR玻璃的研发最早可追溯至二十世纪40年代，美国科学家Stookey发现通过加入金属的核化剂和感光剂，经过紫外甚至更高波长的射线照射后玻璃会发生感光现象。制备出了光致乳浊玻璃、光敏着色玻璃、全色光敏玻璃。为后来制备用于体全息记录的光敏玻璃奠定了基础。二十世纪80年代末期，Glebov等人基于由Stookey提出的光敏玻璃，首先采用Li-Si-Al体系熔制了光敏玻璃，该类光敏玻璃析出的微晶主要为[Li₂O·SiO₂]，但是由该类PTR玻璃制备的体布拉格光栅衍射效率较低，不具备激光光束空间滤波的要求。到了二十世纪90年代，Glebov等通过优化配方，研制出可制备高衍射效率体布拉格光栅的PTR玻璃。并在二十一世纪初，Glebov团队首次使用PTR玻璃制备出高效体布拉格光栅，衍射效率可达95％+。PTR玻璃受到热切关注，大量工作围绕着PTR玻璃光敏-核化-晶化过程的微观机理深入探究，但对于PTR玻璃产品的光学透过率、折射率调制度、温升等实际应用十分关注的指标性能却少有报道。在2000～2003年，美国Corning公司在专利US6632759与US7288495中报道含Ge的PTR玻璃材料，其633nm处折射率调制度△n达到2.8×10^-4，此后未见更多产品关键指标更新报道。

PTR玻璃的光学透过率一直是需要重点关注的方面，该性能Bragg光栅器件应用至关重要。玻璃基质分相是导致PTR玻璃光学透过率下降的重要原因之一：PTR玻璃在热处理过程中，可能会存在液相-液相分离现象，即玻璃分相，它是多组分氧化物玻璃中的常见现象，它将会引起玻璃“发乳”，造成玻璃透过率在380nm及以上波段显著下降，是研制高透过率、低损耗PTR玻璃及体布拉格光栅必须克服的问题。

对于PTR玻璃，其折射率调制能力一直是其最关键性能指标。为实现其折射率的周期性调制，就要求PTR玻璃具有强的折射率调制能力，而该折射率调制从根本上是由于玻璃曝光区域在晶化处理过程中析出的氟化钠纳米晶体(n～1.32)和玻璃(n～1.49)的折射率差异所致。为提升该性能，人们常常设法使得曝光区域析出更多的氟化钠微晶。然而，提升未曝光区域抗析晶能力也是优化玻璃折射率调制能力的重要方向，但却一直没有受到足够的重视。