[发明专利]一种高损伤阈值基频光吸收材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光学材料领域，涉及一种氧氟玻璃，尤其涉及一种高损伤阈值吸收材料的制备方法。

背景技术

高能激光的发展对光学材料提出了很高的要求，如利用激光作为ICF(Inertial Confinement Fusion)的驱动器，激光的能量密度需要达到8J/cm²（351nm,3ns），好的光学元件是建成巨型激光装置的决定性因素，也是工程所面临的最大挑战。在前期的应用中，石英光栅、棱镜作为分光元件用来将倍频晶体中出来的一倍频、二倍频、三倍频分开，获得三倍频的激光输出以实现激光点火任务。然而现实的情况是熔石英光栅和棱镜难以承受如此高的激光能量，分光膜材料的研究也迟迟没有进展。

经过多年的研究，人们通过各种途径试图提高石英的抗激光损伤性能，如减少材料表面的裂纹，消除表面的污染物、抛光材料等。材料加工水平已经获得了很大的提高，但是对于大尺寸的元件来说，想不出现损伤是不可能完成的工作。而且造成石英材料损伤的结构缺陷很难从根本上消除。这些缺陷在石英的生产过程中会产生，而且在激光辐照下还会有新的结构缺陷产生，这些结构缺陷是材料损伤的关键因素，但结构缺陷又不容易消除，特别是激光辐照下产生的结构缺陷，促使损伤点加剧增长，导致材料因透过率降低而无法使用。对于分光膜材料的研究，如果没有高损伤阈值的基质玻璃，仅获得高损伤阈值的膜材料，基质玻璃也会被损伤，膜材料同样难以保全。到目前为至，没有一个很好的方案可以解决倍频晶体出来光的分离问题。因此，寻求一种高损伤阈值、能够将倍频晶体中出来的基频光、三倍频光分离的材料迫在眉睫。

发明内容

针对目前现有光学材料三倍频激光损伤阈值低，无法用其作为分光元件（如光栅、棱镜）将三倍频高能激光中混入的基频光分离的问题，本发明提出一种高损伤阈值、能够吸收基频光、高透三倍频光的基频光吸收材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是通过在氟化物玻璃中引入可改善其成玻特性、物化性质的氧化物助剂，获得新型大尺寸的高损伤阈值窗口玻璃。具体制备方法如下：

一种高损伤阈值基频光吸收材料的制备方法，包括以下步骤：

1】准备原材料，其中原材料各组分的配比如下：

玻璃组分    摩尔百分数mol%

AlF₃：      31～35

BaF₂：      20～30

MgF₂        10～15

SiO₂        21～27

Y₂O₃：      3～4.5，

FeO：       2～4

各组分配比之和为100%，根据以上摩尔配比计算出原材料各组分的质量，称取原材料各组分，混合均匀成粉料；

2】将混合均匀的粉料加入坩埚中，通过电熔炉加热熔融，熔制温度控制在1050-1150℃，并不断搅拌；

3】待熔融得到完全澄清的高温玻璃液且降温至900-950℃时，将高温玻璃液注入到已经预热好的模具中成型；

4】将成型的玻璃模具立刻放入马弗炉中，以10℃/小时速率进行退火，直到温度降到50℃，关闭马弗炉，降温至室温，最后取出成品，即得到高损伤阈值的基频光吸收玻璃；

上述步骤（4）将玻璃放入马弗炉中，首先以玻璃的转变温度Tg保温2小时后，再以10℃/小时的速度退火；

上述还包括在熔制过程中持续通入氮气，对熔融的玻璃液进行保护。

本发明的优点：

1、本发明以氟化物为基质玻璃，向该玻璃中引入对1053nm波长具有吸收作用的离子Fe^2＋，采用熔融法将其浇注成玻璃；该玻璃在三倍频高透，对基频光有强吸收，可以将三倍频激光中混入的基频光吸收掉，实现基频光和三倍频光的分离；同时，通过优化玻璃中各组分的比例和氧化物的添加量，该玻璃在三倍频的激光损伤阈值可达到13.0J/cm²；可以解决光栅、分光膜、分光棱镜在强激光下分光的损伤问题，提高激光器的负载能力，并有望用于ICF(inertial confinement fusion)的激光器作为基频光吸收材料；

2、本发明通过采用氟化物为基础玻璃体系，加入氧化物，实现对基频光的吸收，提高成玻璃性能以及物理化学性质；