СТЕКЛО Российский патент 2010 года по МПК C03C3/15 

Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам оптических стекол, которые могут использоваться в качестве светофильтров, вставляемых в квантрон параллельно активному элементу для подавления паразитных мод моноимпульсных неодимовых лазеров при λ≈1,06 и 1,34 мкм. Могут эти стекла использоваться и в защитных очках, отсекающих лазерное излучение на указанных длинах волн.

Известно стекло состава, мас.%: (14-52)SiO₂, (20-38)Al₂O₃, (10-59)Sm₂O₃ (патент СССР №1334624 А1, 1987).

Недостатком известного стекла является высокая температура и большая длительность синтеза в окислительных условиях (T≈2000°С, t=4-6 часов), что ведет к высоким энергозатратам и невозможности использования при синтезе тиглей.

Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло состава, мас.%: (0,05-1,0)Sm₂O₃, (0,001-0,010)ОН^-, остальное - SiO₂ (патент РБ №5391, 1997).

Недостатком известного стекла является невысокое значение линейного коэффициента поглощения света при λ≈1,06 и 1,34 мкм - k<1 см^-1, что не позволяет использовать его в качестве светофильтра, подавляющего паразитные моды моноимпульсных неодимовых лазеров, а также в защитных очках.

Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является стекло состава, мас.%: (40-70)SiO₂, (6-25)Al₂O₃, (5-20)B₂O₃, (0-5)MgO, (0-15)CaO, (0-10)SrO, (0-30)ВаО, (0-10)ZnO, (0-3)TiO₂, (0-2)CeO₂, (0-1)МоО₃, (0-2)Yb₂O₃, (0,001-5)Sm₂O₃ (патент США 2007 2007).

Основным недостатком прототипа является относительно низкая концентрация Sm₂O₃ и соответственно невысокое значение линейного коэффициента поглощения света k~7 и 6 см^-1 при λ≈1,06 и 1,34 мкм. Это не позволяет использовать достаточно тонкие, а значит, и эффективно охлаждаемые светофильтры (их нагрев в процессе работы лазера обусловлен поглощением излучения ламп накачки и суперлюминесценции активного элемента), что, в свою очередь, накладывает ограничение на частоту повторения импульсов генерации из-за растрескивания светофильтра. Нельзя его использовать и в защитных очках из-за неполного поглощения лазерного излучения при обычно применяемых толщинах стекла ~2 мм.

Задачей предлагаемого изобретения является создание стекла со значением линейного коэффициента поглощения света ~30 см^-1 при λ≈1,06 и 1,34 мкм при сохранении высокого светопропускания в области полос поглощения ионов Nd³⁺. Это позволит, с одной стороны, снизить толщину изготавливаемого из такого стекла светофильтра и повысить эффективность его охлаждения в квантроне, а значит, увеличить частоту вспышек лампы накачки и следования моноимпульсов генерации неодимовых лазеров при сохранении высокого коэффициента полезного действия за счет эффективного подавления паразитных мод при λ≈1,06 и 1,34 мкм. С другой стороны, обеспечит практически полную отсечку лазерного излучения при использовании в защитных очках.

Для решения поставленной задачи стекло, содержащее В₂О₃, Al₂O₃ и Sm₂O₃, дополнительно содержит GeO₂ при следующем соотношении компонентов, мол.%: (15-29)B₂O₃, (1-5)Al₂O₃, (45-70)GeO₂, (10-25)Sm₂O₃.

Стекло получали плавлением шихты в платиновом тигле при температуре 1450°С, после отливки стекло охлаждали между двумя стальными листами.

Уменьшение концентрации Sm₂O₃ ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения величины линейного коэффициента поглощения света при λ≈1,06 и 1,34 мкм; увеличение концентрации Sm₂O₃ сверх заявляемой нецелесообразно из-за ухудшения оптического качества стекла по причине появления кристаллизации. Введение B₂O₃ используется для повышения растворимости редкоземельных оксидов, а введение Al₂O₃ - для снижения кристаллизационной способности стекол; изменение концентрации этих ингредиентов слабо влияет на величину линейного коэффициента поглощения света при указанных длинах волн.

Составы заявляемого стекла и значения линейного коэффициента поглощения света k при λ≈1,06 и 1,34 мкм сведены в таблицу. Здесь же приведены значения k для прототипа с максимальной концентрацией Sm₂O₃.

Таблица № образца Состав, мол.% k при λ=1,06 мкм, см^-1 k при λ=1,34 мкм, см^-1 GeO₂ B₂O₃ Al₂O₃ Sm₂O₃ 1 70 15 5 10 14 13 2 53 22 5 20 28 26 3 45 29 1 25 35 33 Прототип 7 6

На чертеже изображен спектр поглощения заявляемого стекла для образца 3.

Видно, что заявляемое стекло прозрачно в области основных полос поглощения ионов Nd³⁺ (при λ≈530, 580, 740, 805 и 880 нм) и приблизительно в 5 раз превосходит прототип по значению линейного коэффициента поглощения света при λ≈1,06 и 1,34 мкм.

Это обеспечивает ему преимущество при использовании в частотных неодимовых моноимпульсных лазерах в качестве светофильтра, вставляемого в квантрон параллельно активному элементу для подавления развивающихся перпендикулярно оси этого элемента паразитных мод при λ≈1,06 и 1,34 мкм. Пригодно оно также для изготовления очковых стекол, защищающих глаза от лазерного излучения с указанными длинами волн, поскольку при обычно используемой толщине таких стекол в 2 мм и максимальной концентрации Sm₂O₃ они обеспечат приблизительно 1000-кратное ослабление этого излучения.

Изобретение относится к оптическим материалам, которые могут использоваться в качестве светофильтров, подавляющих развивающиеся перпендикулярно оси активного элемента паразитные моды моноимпульсных неодимовых лазеров при λ≈1,06 и 1,34 мкм. Могут эти стекла использоваться и в защитных очках, отсекающих лазерное излучение на указанных длинах волн. Техническим результатом изобретения является создание стекла со значением линейного коэффициента поглощения света ~30 см^-1 при λ≈1,06 и 1,34 мкм при сохранении высокого светопропускания в области полос поглощения ионов Nd³⁺. Такое стекло позволит снизить толщину изготавливаемого светофильтра и повысить эффективность его охлаждения в квантроне, а значит, увеличить частоту вспышек лампы накачки и следования моноимпульсов генерации неодимовых лазеров при сохранении высокого коэффициента полезного действия. С другой стороны, оно обеспечит практически полную отсечку лазерного излучения при использовании в защитных очках. Стекло имеет следующий состав, мол.%: В₂О₃ 15-29, Al₂O₃ 1-5, GeO₂ 45-70, Sm₂O₃ 10-25. 1 табл., 1 ил.

Стекло, содержащее В₂О₃, Al₂O₃ и Sm₂O₃, отличающееся тем, что дополнительно содержит GeO₂ при следующем соотношении компонентов, мол.%:
В₂О₃ 15-29 Al₂O₃ 1-5 GeO₂ 45-70 Sm₂O₃ 10-25