一种具有高增益系数的透明钒酸盐玻璃及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一类新型的激光束放大材料(尤其是光纤激光器材料)，具体而言，本发明涉及一类掺杂稀土离子Nd3+的透明钒酸盐玻璃，它们具有很高的增益系数及良好的光学性能，有望在高能核聚变模拟实验的超强激光系统中实现其物理指标、降低系统成本、提高系统效率。
技术背景
高能核聚变模拟实验的超强激光系统不仅是未来人类新能源的希望，而且在国防上也有极其重要的地位。特别在全世界全面禁止核实验的今天，没有高能核聚变模拟实验的超强激光系统，就不可能使国防威慑力量得到保证和延续，其重要程度不言而喻。在惯性核聚变强激光系统中最重要的部分之一就是激光束放大材料。激光系统的分析研究表明：激光束放大材料的增益提高是实现系统物理指标，降低系统成本和提高系统效率的关键。所以高增益材料地研制极其重要，意义深远。
高增益固体激光材料的高效益增益特性由掺杂离子和基质之间的相互作用所决定。受激发射截面σe和晶格振动能是评判该类激光材料的最重要参数。目前普遍采用的是在磷酸盐玻璃基质中掺杂稀土离子Nd3+，但研究发现，掺杂Nd3+的钒酸盐玻璃基质的受激发射截面σe要高于掺杂Nd3+磷酸盐玻璃基质材料5％，而晶格振动能则为掺杂Nd3+磷酸盐玻璃的66％。
发明人曾提出一种透明钒酸盐玻璃，其基本组成为V2O5-SiO2-MO--X2O，其中MO为(CaO+BaO+SrO)，X2O为(Na2O+K2O+Cs2O)，该钒酸盐玻璃透光性能良好，但其增益系数不够理想(见中国专利申请号200410018232.9)。
【发明内容】
本发明的目的在于提出一种具有高增益系数的新型透明钒酸盐玻璃及其制备方法，使该种玻璃具备较高的受激发射截面积。
本发明提出的具有高增益系数的透明钒酸盐玻璃，是以透明钒酸盐玻璃V2O5-SiO2-MO(CaO+BaO+SrO)-X2O(Na2O+K2O+Cs2O)的组份为基础，还掺入有重金属氧化物Nd2O3，Nd2O3的掺入量为前者质量的0.5～5％，从而构成掺杂Nd3+的新型透明钒酸盐玻璃。
上述透明钒酸盐玻璃中，其基础组份按质量百分比计，V2O5为22-31％，SiO2为28-19％，MO为22-32％，X2O为28-18％，总量满足100％。
上述掺杂Nd3+的新型透明钒酸盐玻璃的制备方法，是将玻璃各原料组份混合均匀后进行熔炼，在整个熔炼过程中通有纯度在99％以上的氧气，保持1350～1450℃的温度，时间为1.5～2.5小时，直至玻璃生成，并将其进行澄清、均化。
待上述玻璃熔炼过程结束后，将其浇铸成块状，然后退火处理，退火温度以(Tg+10)℃为起点，按每小时1～5℃的速度降温，直到(Tg-100)℃后，然后让其自然冷却；这里Tg为玻璃软化温度。退火以后，经切割、抛光即可获得所要的透明钒酸盐玻璃。
由本发明制得的透明钒酸盐玻璃，具有很高的增益系数，其受激发射截面积在4.0pm2以上。
【具体实施方式】
为了通过实施进一步描述本发明。
实施例1：
按如下的主要物质阴离子质量百分比V2O5：22％；SiO2：28％；Na2O：5％；K2O：10％；Cs2O：5％；CaO：12％，BaO：18％，Nd2O3为前者总量的0.8％，称量好钒酸盐玻璃原料，混合均匀后加入铂坩埚中，在99％以上浓度的干燥氧气中于1400℃高温熔融2小时，在模具中浇注成形。在退火箱中从(Tg+10)℃以每小时1℃的速度降温至(Tg-100)℃后取出自然冷却。经切割、抛光即可获得所要的透明钒酸盐玻璃。经测量，其受激发射截面为4.2pm2。
实施例2：
按如下的主要物质阴离子质量百分比V2O5：31％；SiO2：19％；Na2O：5％；K2O：16％；CaO：7％，BaO：11％：SrO：11％，Nd2O3为前者总量的5％，称量好钒酸盐玻璃原料，混合均匀后加入铂坩埚中，在99％以上浓度的干燥氧气中于1350℃高温熔融2.5小时，在模具中浇注成形。在退火箱中从(Tg+10)℃以每小时2℃的速度降温至(Tg-100)℃，取出自然冷却。经切割、抛光即可获得所要的透明钒酸盐玻璃。经测量，其受激发射截面为4.3pm2。
实施例3：
按如下的主要物质阴离子质量百分比V2O5：30％；SiO2：20％；Na2O：8％；K2O：12％；Cs2O；3％；CaO：15％，BaO：3％，SrO：9％，Nd2O3为前者总量的0.5％，称量好钒酸盐玻璃原料，混合均匀后加入铂坩埚中，在99％以上浓度的干燥氧气中于1450℃高温熔融1.5小时，在模具中浇注成形。在退火箱中从(Tg+10)℃以每小时5℃的速度降温至(Tg-100)℃后取出自然冷却。经切割、抛光即可获得所要的透明钒酸盐玻璃。经测量，其受激发射截面为4.6pm2。
实施例4：
按如下的主要物质阴离子质量百分比V2O5：24％；SiO2：26％；Na2O：2％；K2O：10％；Cs2O：10％；CaO：5％，BaO：18％，SrO：5％，Nd2O3为前者总量的3.2％，称量好钒酸盐玻璃原料，混合均匀后加入铂坩埚中，在99％以上浓度的干燥氧气中于1400℃高温熔融2小时，在模具中浇注成形。在退火箱中从(Tg+10)℃以每小时1℃的速度降温至(Tg-100)℃后取出自然冷却。经切割、抛光即可获得所要的透明钒酸盐玻璃。经测量，其受激发射截面为4.4pm2。