Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049, China
This paper investigates the monolithic edge-cladding process for the elliptical disk of N31-type Nd-doped phosphate laser glass, which will be utilized under liquid cooling conditions for high-power laser systems. The thermal stress, interface bubbles and residual reflectivity, which are due to high-temperature casting and bonding during the monolithic edge-cladding process, are simulated and determined. The applied mould is optimized to a rectangular cavity mould, and the casting temperature is optimized to 1000°C. The resulting lower bubble density makes the mean residual reflectivity as low as 6.75 × 10-5, which is enough to suppress the amplified spontaneous emission generated in the Nd-glass disk, and the resulting maximum optical retardation is converged to 10.2–13.3 nm/cm, which is a favourable base for fine annealing to achieve the stress specification of less than or equal to 5 nm/cm. After fine annealing at the optimized 520°C, the maximum optical retardation is as low as 4.8 nm/cm, and the minimum transmitted wavefront peak-to-valley value is 0.222 wavelength (632.8 nm). An N31 elliptical disk with the size of 194 mm × 102 mm × 40 mm can be successfully cladded by the optimized monolithic edge-cladding process, whose edge-cladded disk with the size of 200 mm × 108 mm × 40 mm can achieve laser gain one-third higher than that of an N21-type disk of the same size.
interface bubble monolithic edge-cladding process N31-type Nd-doped phosphate laser glass residual reflectivity stress birefringence High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(2): 02000e14
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
硬包边是激光钕玻璃减少放大自发辐射和抑制寄生振荡的包边技术之一,残余应力是硬包边的一个重要参数。详细描述了激光钕玻璃硬包边过程中残余应力的来源,并利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,对硬包边浇注熔接过程中不同膨胀系数匹配条件和不同包边玻璃浇注温度下的残余应力分布进行了数值模拟。结果显示,激光钕玻璃和包边玻璃的膨胀系数差异愈小,产生的残余应力愈小;包边玻璃浇注温度愈高,则产生的残余应力愈大。硬包边实验结果表明:包边玻璃的膨胀系数和激光钕玻璃的膨胀系数愈相近,则残余应力就愈小,当包边温度在700~1200 ℃范围内时,残余应力随着包边温度的增加而增大。模拟结果与实验结果吻合,所以在硬包边的浇注熔接过程中,为了使残余应力最小,最佳策略是激光钕玻璃的膨胀系数和包边玻璃的膨胀系数尽量接近甚至相等,且包边温度尽量低。
材料 激光钕玻璃 硬包边 有限元分析 激光元件 应力双折射率 残余应力
1 上海科技大学物质科学与技术学院, 上海201210
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
3 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
为了改善氧化铈抛光液的性能,在不破坏钕玻璃表面质量的前提下提高钕玻璃的抛光效率,选择在氧化铈抛光液中加入阴离子表面活性剂雷米邦A,并研究了改性后的抛光液对氧化铈抛光液中粒子粒径、钕玻璃的材料去除率和抛光后钕玻璃表面质量的影响,分析了加入不同质量分数雷米邦A的抛光液在不同pH值下对钕玻璃抛光速率和抛光质量的影响。结果表明:雷米邦A能够抑制抛光液中纳米粒子的团聚,降低氧化铈的中位粒径,提高抛光效率。当二氧化铈质量分数为3%、pH为6.5、雷米邦A质量分数为0.30%时,材料去除率达到最大值169 nm/min;当二氧化铈质量分数为3%、pH为7、雷米邦A质量分数为0.20%时,钕玻璃的表面粗糙度达到最小值0.9 nm。
材料 化学机械抛光 磷酸盐激光钕玻璃 阴离子表面活性剂 材料去除率 表面粗糙度 中国激光
2020, 47(10): 1003001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元研发中心, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
研究了掺钕磷酸盐激光玻璃主要组成元素在短期水解过程中各自水解浓度的变化，特别是探索了表面结构的光电子能谱表征。作为主要形成体的磷元素，与其他主要修饰体锂、钾、钡等元素类似，具有同样量级的水解速率和逐渐趋于饱和的水解规律。而可能作为形成体和/或修饰体的铝元素，无论是玻璃体还是粉体的表面水解，均表现出一定程度的非单调性质。根据水解后光电子能谱的测定，铝的结合能峰反映出它是同时作为形成体和修饰体存在于掺钕磷酸盐激光玻璃中，并且在短期水解过程中形成体的铝将转变为修饰体的铝。这个结构特点很可能与铝所表现出来的非单调水解性质有关，并且可能是加入氧化铝能够增强磷酸盐玻璃耐水性的一个主要原因。
材料 掺钕磷酸盐激光玻璃 光电子能谱 水解
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元研发中心, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对具有多波段强吸收和发光特点的N31和N41型掺钕磷酸盐激光玻璃，选取罗丹明6G(R6G)作为荧光标记物，它的激发和发光分别避开了钕离子吸收和发光，在宽场显微镜下实现了对磷酸盐玻璃亚表面缺陷(SSD)的高灵敏度二维观测。与光学显微观测的结果对比，证明所观测到的缺陷属于亚表面缺陷。根据R6G显微荧光观测的结果，分析了亚表面裂纹在抛光过程中的演变情况。结果表明在磷酸盐玻璃中比较难去除的亚表面缺陷是处于缺陷层中位置较深的Median型裂纹末端的月牙形缺陷。它们可能对入射光场具有较强的调制，引发表面激光损伤的可能性相对较大。
光学制造 掺钕磷酸盐激光玻璃 荧光显微 亚表面缺陷
