光學應用——激光與玻璃

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咳咳！你之前提到的本質上都屬於結構玻璃，而激光玻璃是在科學領域發揮重要作用的一類。

當科研人員把一種（或多種）激活離子引入到玻璃基質中即構成一種激光玻璃。如將激活離子Nd引入到磷酸鹽玻璃就構成了1μm磷酸鹽激光玻璃。常見的激活離子還有如Yb(1μm)、Er(1.5μm)、Tm(2μm)等，常見的玻璃基質有石英、硅酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等等。由激活離子或者玻璃基質的類型決定激光玻璃的性質。

性質優異的激光玻璃屈指可數，因為優異的激光玻璃是玻璃基質與激活離子之間相互選擇的結果，只有彼此合適才能牽手成功，比如N31型激光釹玻璃，它是激活離子Nd3+和磷酸鹽基質結合的典範。為了獲得優異的性質，科研人員對磷酸鹽玻璃進行了幾十年的持續改良，最終研發出穩定的配方和工藝。

如同夫妻兩人婚後經過不斷磨合，最終過上了幸福生活，激光更像是愛情的結晶，只有激光材料滿足諸多條件時才能產生激光。

激光玻璃作為激光的一種增益介質，當需要放大的信號通過增益介質時，玻璃中的激活離子能夠吸收泵浦光釋放信號光，從而使信號光增強，達到放大的目的。

石英玻璃中Yb3+能夠強烈吸收976nm波長的光，同時發射1064nm波長的光。因此當信號光為1064nm時，採用976nm泵浦Yb3+激光玻璃就可以實現信號放大

增益效果取決於激活離子與玻璃基質的共同作用，基質作為激活離子的載體自身素質要硬，抗熱衝擊能力要強。如果基質能夠給與激活離子較大的溶解度，並且激活離子不同能級間的無輻射躍遷幾率小，那麼激光玻璃增益效果不會太差。

即需要二人身體一定健壯，同時也要求二者配合默契。

百年修得同船渡，千年修得共枕眠。經過多年的摸索，激活離子與玻璃基質基本達到了穩定的組合，如Nd3+和磷酸鹽基質、Tm3+和鍺酸鹽基質、Yb3+和氟磷酸鹽基質等等，並且適應科技的發展和需要，開枝散葉(玻璃基質配方的調整)，這些後輩們在特定領域各有所長，形成豐富的玻璃體系。

激光玻璃顧名思義就是為了產生激光，它從誕生開始就只有這一個使命。隨著當代激光器的廣泛應用激光開始改變世界，如實驗室中的激光源、工業上的激光切割、演唱會現場的激光照明、索尼公司最新研製的激光投影。相較於傳統能源，激光以高亮度和高單色性的絕對優勢迅速佔領市場，提高了人們的工作效率和生活品質。

上海光機所單元實驗室科研人員製備的纖芯直徑50μm的光子晶體光纖，實現了46W激光輸出，斜率效率61%，但是未能實現單模運轉。而國外早在2012年已經有關於50μm芯徑光子晶體光纖單模輸出的報道。目前我國在激光玻璃領域有所突破，但與發達國家相比還有一定差距，特別是在種類和質量上仍落後於美國康寧，德國肖特，日本旭硝子等知名光學材料廠家，這就需要我們一代甚至幾代材料人的努力去挖掘新配方，開發新工藝，以趕超世界先進水平。

上海光機所研究生會

星光編輯部

文：曹亞斌（三等獎）

編輯：哈密頓

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