DE2032737C3 - Laser silicate glass doped with Nd deep 2 O deep 3 with a coefficient of thermal expansion that is less than 65 times 10 to the power of -7 / degree C in the temperature range from 0 to 300 degrees C. - Google Patents
Laser silicate glass doped with Nd deep 2 O deep 3 with a coefficient of thermal expansion that is less than 65 times 10 to the power of -7 / degree C in the temperature range from 0 to 300 degrees C.Info
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Description
2. L^iersilikatglas nach Anspruch 1, gekenn- as Die Erfindung betrifft ein mit Nd2O3 dotiertes2. L ^ iersilikatglas according to claim 1, known as The invention relates to a doped with Nd 2 O 3
zeichnet durch die folgende Zusammensetzung: Lasersilikatglas.characterized by the following composition: laser silicate glass.
Bestandteil Gewichtsprozent Bei der Herstellung von Lasergläsern handelt es sichIngredient weight percent In the manufacture of laser glasses it concerns
SiO2 65,4SiO 2 65.4
Bestandteile
SiO2 ....
Nd2O3 ...
Na2O ...Components
SiO 2 ....
Nd 2 O 3 ...
Na 2 O ...
ZrO2 ZrO 2
MgO MgO
Al2O3 Al 2 O 3
70 170 1
10 510 5
10 410 4
Nd2O3 2,0Nd 2 O 3 2.0
CaO.CaO.
BaOBaO
ZrO2 ZrO 2
Li2OLi 2 O
Al2O3 Al 2 O 3
ZnO.ZnO.
2,7 1,8 2,0 3,9 20,9 1,32.7 1.8 2.0 3.9 20.9 1.3
3. Lasersilikatglas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung:3. Laser silicate glass according to claim 1, characterized by the following composition:
Bestandteil GewichtsprozentIngredient weight percent
SiO2 .
Nd2O.
BaO .
ZrO2 .
TiO2 .
Li2O .
Al2O3.SiO 2 .
Nd 2 O.
BaO.
ZrO 2 .
TiO 2 .
Li 2 O.
Al 2 O 3 .
63,4 4,0 4,0 2,0 1,8 3,963.4 4.0 4.0 2.0 1.8 3.9
20,920.9
4. Lasersilikatglas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dij folgende Zusammensetzung:4. Laser silicate glass according to claim 1, characterized by the following composition:
Bestandteilcomponent
SiO2 SiO 2
Nd2O3 Nd 2 O 3
ZrO2 ZrO 2
TiO2 TiO 2
Li2O Li 2 O
Al8O3, Al 8 O 3 ,
5. Lasersilikatglas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung:5. Laser silicate glass according to claim 1, characterized by the following composition:
Bestandteil
SiO2 ....
Nd2O3 ...component
SiO 2 ....
Nd 2 O 3 ...
CaO CaO
Na2O ...
Li2O ....
Al2O3....
ZnO Na 2 O ...
Li 2 O ....
Al 2 O 3 ....
ZnO
nicht um ein reines Glasproblem, das sich in der einfachen Auswahl eines Grundglases mit den gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaftein als Wirtsglas für eine geeignete laseraktive Substanz erschöpft, da die verschiedenen das Grundglas aufbauenden Oxide das Termschema des Neodyms als eigentliche Lasersubstanz entscheidend beeinflussen können.not a pure glass problem, which consists in the simple selection of a basic glass with the desired ones physical and chemical properties in as host glass for a suitable laser-active substance exhausted, since the various oxides that make up the base glass form the neodymium term scheme can have a decisive influence on the actual laser substance.
An ein Laserglas sind folgende Grundforderungen zu stellen: gute optische Eigenschaften, große Quanten-Wirksamkeit für die Konversion des absorbierten Pumplichts in Fluoreszenzlicht, breite Absorptionsbanden, um so viel Pumplicht wie möglich zu absorbieren, und ein großer Verstärkungskoeffizient. Die optischen Eigenschaften werden entscheidend durch einen niedrigen Wärmekoeffizienten gestimmt. Der größte Teil Pumplichtes geht in dem Laserglaskörper als Wärme verloren.The following basic requirements are to be made of laser glass: good optical properties, high quantum effectiveness for the conversion of the absorbed pump light into fluorescent light, broad absorption bands, to absorb as much pumping light as possible, and a large gain coefficient. the optical properties are determined by a low thermal coefficient. the Most of the pump light is lost as heat in the laser glass body.
Nur ein geringer Teil der von der Pumplichtquelle ausgesandten Energie wird von dem Lasermaterial
derart absorbiert, daß es als Fluoreszenzlicht abgestrahlt werden kann. Wegen der großen Wärmeauf-Gewichtsprozent
5° nähme können nur solche Lasergläser verwendet werden,
die einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Bei einem großen Wärmeausdehnungskoeffizienten
kann sich der Brechungsindex in dem aus dem Laserglas hergestellten Glaskörper ändern;
55 darüber hinaus kann der Laserglaskörper zerbrechen oder sich zumindest verbiegen oder seine Endfläche»!
können deformieren, d. h., aus den üblicherweise planen Endflächen des zylindrischen Glaskörpers
werden Linsenflächen, so daß eine genaue Justierung der 6o Laseranordnung nicht möglich ist.
Gewichtsprozent Die Laserwirksamkeit wird durch die sogenannteOnly a small part of the energy emitted by the pump light source is absorbed by the laser material in such a way that it can be emitted as fluorescent light. Because of the high heat absorption weight percentage 5 °, only those laser glasses can be used that have a low coefficient of thermal expansion. If the coefficient of thermal expansion is large, the refractive index in the glass body made from the laser glass can change; Furthermore, the laser glass body can break or at least bend or its end face »! can deform, that is, the usually flat end surfaces of the cylindrical glass body become lens surfaces, so that an exact adjustment of the 6o laser arrangement is not possible.
Weight percent The laser effectiveness is through the so-called
. 80 Verweilzeit im angeregten Zustand (Fluoreszenzlebens-. 80 Dwell time in the excited state (fluorescence life
. 1 dauer) bestimmt, und zwar ist die Laserwirksamkeit. 1 duration), namely the laser effectiveness
5 im wesentlichen umgekehrt proportional zur Fluores-5 essentially inversely proportional to the fluorescence
. 3 65 zenzlebensdauer. Auch muß bei der Herstellung des. 3 65 zen life. Also, when making the
. 5 Laserglases die Arbeitsweise der Laseranordnung, in. 5 laser glasses shows how the laser assembly works, in
. 5 der das Glas eingesetzt werden soll, berücksichtigt. 5 which the glass is to be used is taken into account
1 werden.1 become.
54,2 2,0 2,0 1,8 5,554.2 2.0 2.0 1.8 5.5
34,534.5
3 43 4
Es sind Gläser bekannt, die einen niedrigen Wärme- plied Physics Letters«, Volume 5 [1964], S. 220 bis 222),Glasses are known which have a low thermal plied Physics Letters «, Volume 5 [1964], pp. 220 to 222),
ausdehnungskoeffizienten aufweisen. So ist aus der bei dem ein Li2O-MgO-Al2O3-SiO2-Grundglas gleich-have expansion coefficients. Thus, from the one in which a Li 2 O-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 base glass is the same-
CH-PS 415 981 ein Glas für die Herstellung von Glas- zeitig mit Ce und Yb dotiert ist.CH-PS 415 981 a glass for the production of glass is doped with Ce and Yb.
fäden der folgenden Zusammensetzung bekannt: 55 Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einthreads of the following composition known: 55 The invention is now based on the object of a
bis 85 Gewichtsteile SiO2, 10 bis 35 Gewichtsteile 5 Lasersilikatglas der vorstehend genannten Art zuup to 85 parts by weight of SiO 2 , 10 to 35 parts by weight of 5 laser silicate glass of the type mentioned above
Al2O3 und 4 bis 25 Gewichtsteile MgO. Aus der DT-OS schaffen, das eine gute Laserwirksamkeit und trotzdemAl 2 O 3 and 4 to 25 parts by weight of MgO. Create a good laser effectiveness from the DT-OS and still
14 96 489 ist ein Glas mit niedrigem Wärmeausdeh- einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf-14 96 489 is a glass with low thermal expansion and a low coefficient of thermal expansion.
nungskoeffizienten der folgenden Zusammensetzung weist.has the following composition.
bekannt: 45 bis 82 Gewichtsprozent SiO2, 2 bis 25 Ge- Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen desknown: 45 to 82 percent by weight SiO 2 , 2 to 25 Ge
wichtsprozent Li2O und 10 bis 36 Gewichtsprozent io vorstehend genannten Hauptanspruchs aufgeführtenweight percent Li 2 O and 10 to 36 weight percent io the main claim mentioned above
Al2O3. Dieses Glas wird als Grundglas für die Her- Merkmale gelöst.Al 2 O 3 . This glass is used as the basic glass for the Her features.
stellung von Glaskeramiken eingesetzt. Ein Hinweis Mit den beanspruchten Lasersilikatgläsern, deren auf den Einsatz des Grundglases als Wirtsgias für eine Grundgläser auf einem SiO2 - Al2O3 - Li2O - bzw. laseraktive Substanz findet sich nicht. SiO2 - Al2O3 - MgO-System basieren, wird sowohl Es ist aber ein Nd2O3 dotiertes Lasersilikatglas be- 15 eine gute Laserwirksamkeit als auch der niedrige kannt (GB-PS 1111 857), in das für die Erreichung Wärmeausdehnungskoeffizient erreicht, der weit hoher Fluoreszenzlebensdauern schwere einwertige unter dem mit dem bekannten Lasersilikatglas erreich-Alkali-Ionen eingebaut sind. Das Lasersilikatglas ist baren Wärmeausdehnungskoeffizienten liegt. Dadurch ein Glas auf der Basis SiO2 — Na2O — K2O mit der wird für den aus dem Lasersilikatglas gefertigten Glasfolgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 20 körper eine hohe Lebensdauer erreicht, da kaum position of glass ceramics used. A note with the claimed laser silicate glasses, whose use of the base glass as host glass for base glasses on a SiO 2 - Al 2 O 3 - Li 2 O - or laser-active substance is not found. SiO 2 - Al 2 O 3 - MgO system is based, but it is a Nd 2 O 3 doped laser silicate glass which has good laser efficiency and a low level (GB-PS 1111 857), in which to achieve the coefficient of thermal expansion achieved, the far higher fluorescence lifetimes heavy monovalent under the alkali ions achieved with the known laser silicate glass are built in. The laser silicate glass has a thermal expansion coefficient. As a result, a glass based on SiO 2 - Na 2 O - K 2 O with the following composition in percent by weight: 20 is achieved for the glass made from the laser silicate glass, since hardly any
Wärmerisse und Brüche auftreten; darüber hinaus wird eine Verformung sowohl längs des Umfangs als auchHeat cracks and fractures occur; moreover will a deformation both along the circumference and
SiO2 53—73 an den Endflächen der Laserglasstäbe vermieden.SiO 2 53-73 avoided on the end faces of the laser glass rods.
Na2O 3—20 Die Wärmefestigkeit wird in erster Linie durch dieNa 2 O 3–20 The heat resistance is primarily determined by the
K2O 5—23 35 hohe Zugabe an Al2O3 erreicht, währt.id die EinstellungK 2 O 5—23 35 reached a high addition of Al 2 O 3 , the setting lasts
Li2O O— 3 der gewünschten Fluoreszenzeigenschaften durch dieLi 2 OO- 3 of the desired fluorescence properties by the
BaO 0—12 hohen Zugaben von LiO2 oder MgO zu dem Teil-BaO 0-12 high additions of LiO 2 or MgO to the part
Sb2O3 0—2 system SiO — Al2O3 erfolgt, fußend auf der Erkennt-Sb 2 O 3 0-2 system SiO - Al 2 O 3 takes place, based on the knowledge
Al2O3 O— 3 nis, daß die Fluoreszenzeigenschaften im wesentlichenAl 2 O 3 O - 3 nis that the fluorescence properties are essential
B2O3 O— 3 30 alleine durch die unteischiedlichen Beimengungen vonB 2 O 3 O- 3 30 alone due to the different admixtures of
ZnO O— 7 Alkali- oder Erdalkalianteilen bestimmt werden.ZnO O- 7 alkali or alkaline earth components can be determined.
Nd2O3 1— 8 Vorzugsweise liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich von 40 bis 60· 10"'0C.Nd 2 O 3 1-8 The coefficient of thermal expansion is preferably in the range from 40 to 60 · 10 " 0 C.
Die Menge Neodymoxids, die in das Grundglas ein-The amount of neodymium oxide that enters the base glass
Der hohe Gehalt an K-Ionen beeinflußt den ther- 35 gearbeitet wird, ist nicht kritisch, liegt aber im allge-The high content of K-ions influences the thermal work, is not critical, but is generally
mischen Ausdehnungskoeffizienten und den physi- meinen im Bereich von etwa 1 bis 4 Gewichtsprozentmix expansion coefficients and the physical ones in the range of about 1 to 4 percent by weight
kalisch-chemischen Widerstand des Grundglases ent- und kann bis zu etwa 8 Gewichtsprozent betragen,Potassium-chemical resistance of the base glass can be up to 8 percent by weight,
scheidend. Daher weist dieses Lasersilikatglas einen Wie au3 dem vorstehend genannten Hauptanspruchoutgoing. This laser silicate glass therefore has a function as in the main claim mentioned above
sehr hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Be- hervorgeht, kann das beanspruchte LasersilikatglasThe claimed laser silicate glass can have a very high coefficient of thermal expansion
reich von 96 bis 124 · 10"'0C auf, so daß das Grund- 40 auch CaO, ZrO2 und TiO2 enthalten, was bei dem ausrich from 96 to 124 · 10 "' 0 C, so that the base 40 also contain CaO, ZrO 2 and TiO 2 , which is the case
glas thermisch wenig belastbar ist, da die maximale der GB-PS 1111 857 nicht der Fall ist; mit der Zugabeglass is not thermally stable, since the maximum of GB-PS 1111 857 is not the case; with the addition
Temperaturbelastung eine inverse Funktion des der vorstehend aufgeführten Elemente können aberThermal stress can, however, be an inverse function of the elements listed above
Wärmeausdehnungskoeffizienten ist. Bei dem bekann- verschiedene physikalische oder chemische Charakte-Is the coefficient of thermal expansion. In which known- different physical or chemical characters-
ten Glas sollen Al2O3, B2O3 und Li2O nur im Bereich ristika des Lasersilikatglases beeinflußt werden,th glass, Al 2 O 3 , B 2 O 3 and Li 2 O should only be influenced in the area of the ristics of the laser silicate glass,
von O bis 3 Gewichtsprozent eingesetzt werden, weil +5 Vorzugsweise werden im Falle b) des vorstehendenfrom 0 to 3 percent by weight are used because +5 are preferred in case b) of the above
sie die Fluoreszenzlebensdauer verkleinern, während Hauptanspruchs MgO, CaO, BaO und Na2O in einerthey reduce the fluorescence lifetime, while main claim MgO, CaO, BaO and Na 2 O in one
die anderen einwertigen Alkali-Ionen die Fluoreszenz- solchen Menge eingesetzt, daß sie zusammen minde-the other monovalent alkali ions the fluorescence used in such an amount that they together at least
lebensdauer verlängern und damit die Laserwirk- stens etwa 19 Gewichtsprozent ausmachen,extend the service life and thus the laser efficiency make up about 19 percent by weight,
samkeit verringern. Das bekannte Glas braucht aber Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugtedecrease health. The known glass needs but the dependent claims relate to preferred
weder Lithium- noch Aluminium-Ionen zu enthalten. 50 Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Laser-to contain neither lithium nor aluminum ions. 50 compositions of the laser according to the invention
Bei dem bekannten Glas soll nicht nur eine Ernied- silikatglases.In the case of the known glass, not only one low-grade silicate glass should be used.
rigung der Fluoreszenzdauer vermieden werden, son- Im folgenden werden Beispiele für Glaszusammen» dem vielmehr soll diese erhöht werden, weil das be- Setzungen der Gruppe a) (SiO2 — Al2O3 — LiO2) und kannte Laserglas für das sogenannte ß-switching(Schal- der Gruppe b) (SiO2 — Al2O3 — MgO) angegeben, tung der Güte Q des Resonators) geeignet sein soll. Da- 55 Bei der Herstellung der Gläser werden analysenreine bei erleichtert eine große Fluoreszenzdauer die Er- Rohmaterialien eingesetzt. Diese Rohmaterialien könzeugung einheitlicher Impulse, weil dann ein größerer nen Oxide, Carbonate u. dgl. sein. Diese Komponenten Zeitraum für die Schaltvorgänge im Resonator zur werden miteinander vermischt, und das Nedymoxid Verfügung steht. Wegen der hohen Fluoreszenzlebens- wird in der durch Erhitzung entstehenden Schmelze dauer ist aber die Laserwirksamkeit selbst sehr klein. 60 dispergiert. In dieser Schmelze können auch kleinere Auch ist aus der GB-PS ablesbar, daß der sowieso schon Mengen anderer Bestandteile vorliegen, vorausgesetzt, hohe Wärmeausdehnungskoeffizient durch die Erhö- daß ihre Anwesenheit sich auf die gewünschten Eigenhung der Zugabe von AI11O3 und Li2O noch weiter er- schäften des Endproduktes nicht schädigend auswirkt, höht wird. Es findet sich also in dieser Druckschrift Es ist wichtig, daß der Eisengehalt im Nd2O3 dotierten kein Hinweis darauf, wie ein vergleichsweise geringer 65 Lasersilikatglas sehr niedrig gehalten wird, da das FeO Wärmeausdehnungskoeffizient bei gleichzeitiger kurzer eine Absorptionsbande hat, welche die Laserwellen-Fluoreszenzlebensdauer erreichbar ist. länge des Neodyms von 1,06 μπι überschneidet. Der Schließlich ist ein Lasersilikatglas bekannt (»Ap- Eisengehalt in den in den nachfolgenden BeispielenThe fluorescence duration should be avoided, but rather this should be increased because the occupation of group a) (SiO 2 - Al 2 O 3 - LiO 2 ) and known laser glass for the so-called β -switching (switching of group b) (SiO 2 - Al 2 O 3 - MgO) specified, processing of the quality Q of the resonator) should be suitable. In the manufacture of the glasses, analytically pure and long fluorescence times, the Er raw materials are used. These raw materials can generate uniform impulses because they are then larger oxides, carbonates and the like. These components are mixed together for the switching processes in the resonator and the nedymium oxide is available. Because of the high fluorescence life in the melt produced by heating, however, the laser efficiency itself is very small. 60 dispersed. In this melt, even smaller ones can also be read from the GB-PS that there are already quantities of other constituents present anyway, provided that their presence has a high coefficient of thermal expansion due to the desired addition of Al 11 O 3 and Li 2 O further developing the end product does not have a damaging effect, is increased. It is therefore found in this publication that the iron content in the doped Nd 2 O 3 does not indicate how a comparatively low 65 laser silicate glass is kept very low, since the FeO thermal expansion coefficient has an absorption band which is short at the same time, which the laser wave Fluorescence lifetime is achievable. length of the neodymium of 1.06 μπι overlaps. Finally, a laser silicate glass is known (»Ap iron content in the examples below
aufgeführten Lasersilikatgläsern lag etwa bei 25 bis 50 ppm Fe2O3. Die tolerierbare obere Grenze liegt wahrscheinlich bei etwa 100 ppm Fe2O3.listed laser silicate glasses was about 25 to 50 ppm Fe 2 O 3 . The upper limit that can be tolerated is probably around 100 ppm Fe 2 O 3 .
Aus der Schmelze von hoher optischer Qualität wurden nach dem Kühlen derselben zylindrische Stäbe mit einem Durchmesser von 12,7 mm und einer Länge von 101,6 mm hergestellt. Die Stirnflächen dsr Stäbe wurden auf genaue Abmaße geschliffen und poliert. Danach wurden die Stäbe in eine Laser-Anordnung eingebaut und in dieser hinsichtlich ihrer Lasereigenschaften überprüft. Der gemessene lineare Wärmeausdehnungskoeffizient der beispielhaften Lasersilikatgläser lag in dem Temperaturbereich von 0 bis 300 C unter 65 · 10-'/°CAfter cooling, the melt of high optical quality became cylindrical rods made with a diameter of 12.7 mm and a length of 101.6 mm. The end faces of the rods were ground and polished to exact dimensions. After that, the rods were placed in a laser array installed and checked in this with regard to their laser properties. The measured coefficient of linear thermal expansion of the exemplary laser silicate glasses was in the temperature range from 0 to 300.degree below 65 · 10 - '/ ° C
Tabelle der Beispiele für die Gruppe a)Table of examples for group a)
(Gewichtsprozent)(Weight percent) IIIIII
IVIV
Tabelle der Beispiele für die Gruppe b)Table of examples for group b)
(Gewichtsprozent)(Weight percent)
VIVI
Claims (1)
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|---|---|---|---|
| US54471466A | 1966-04-25 | 1966-04-25 | |
| DE19702032737 DE2032737C3 (en) | 1970-07-02 | Laser silicate glass doped with Nd deep 2 O deep 3 with a coefficient of thermal expansion that is less than 65 times 10 to the power of -7 / degree C in the temperature range from 0 to 300 degrees C. |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2032737A1 DE2032737A1 (en) | 1972-01-05 |
| DE2032737B2 DE2032737B2 (en) | 1975-07-24 |
| DE2032737C3 true DE2032737C3 (en) | 1976-03-04 |
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