ЛАЗЕРНОЕ ФОСФАТНОЕ СТЕКЛО

ЛАЗЕРНОЕ ФОСФАТНОЕ СТЕКЛО


RU (11) 2263381 (13) C1

(51) 7 H01S3/17, C03C3/16 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2004115692/28 
(22) Дата подачи заявки: 2004.05.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.05.25 
(45) Опубликовано: 2005.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 5526369 А, 11.06.1996. RU 2002103037 А1, 27.10.2003. RU 2191755 С1, 27.10.2002. US 5322820 A, 21.06.1996. 
(72) Автор(ы): Авакянц Л.И. (RU); Герасимов В.М. (RU); Молев В.И. (RU); Поздняков А.Е. (RU); Суркова В.Ф. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" (RU) 
Адрес для переписки: 140080, Московская обл., г. Лыткарино, ул. Парковая, 1, ОАО "ЛЗОС", отдел 78 

(54) ЛАЗЕРНОЕ ФОСФАТНОЕ СТЕКЛО

Лазерное фосфатное стекло включает P2O5 , Al2О3, В2О3, К 2O, Na2O, MgO, CaO, SrO, BaO, Nd2 O3, CeO2, SiO2 и Nb2 O5 при следующем соотношении компонентов (мас.%): Р2O5 52-66, Al2O3 3-6, В2O3 0,3-3,3, К2О 3-8, Na2O 1,5-5,5, MgO 0,2-2,1, CaO 0,1-3, SrO 2-17, BaO 0,5-21, Nd2O3 0,5-6, CeO2 0,1-1,5, SiO2 0,5-3, Nb2O5 1,5-9. Обеспечивается создание технологичного атермального лазерного фосфатного стекла с повышенной термостойкостью и предельной мощностью накачки. 3 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к материалам для лазеров, в частности к составам лазерных фосфатных стекол.

В качестве активного материала лазера широко используется стекло на основе оксида и соединений фосфора, поскольку отличительной особенностью фосфатных лазерных стекол является высокая величина сечения генерационного перехода, что обеспечивает их максимальные генерационные параметры. Кроме того, в фосфатной системе легко получить атермальные стекла. 

Однако указанные достоинства фосфатных лазерных стекол с трудом совмещаются с высокими эксплуатационными характеристиками: теплопроводностью, термостойкостью, химической устойчивостью. Например, стекло по авт. свид. СССР №355916 кл. H 01 S 3/17 1979 г., содержащее в мас.%: P2O5 49-65, Al 2О3 2-9, В2О3 1,6-10, оксид щелочного металла из группы Li2O, Na2 O, K2O 0,9-9,5, оксиды редкоземельных элементов, в частности Nd2O3, СеО2 0,5-7,5, оксид металлов второй группы, выбранный из группы оксидов бария, стронция, магния, кальция и кадмия - остальное.

Промышленностью выпускалось аналогичное указанному стекло марки ГЛС32 (ОСТ 3-30-77 «Стекло оптическое ГЛС. Технические условия.). Стекло относится к классу атермальных и обладает высокими генерационными характеристиками, однако оно недостаточно термически и химически устойчиво, что требует специальной защиты активных элементов.

Ближайшим по составу к предлагаемому является алюмо-боро-фосфатное стекло для высокоэнергетических лазеров по пат. США №5.526.369 кл.370-40 1996 г., содержащее в мол.%: P2O5 50-75, Al2О3>0-10, В2О3 0-10 (может частично замещаться на Y2О3 ), К2О>0-30, группа щелочных оксидов Li2 O, Na2O, Rb2O, Cs2O 0-20, MgO 0-30, CaO 0-30, а сумма MgO и CaO>0-30, группа BeO, SrO, BaO, ZnO и PbO в сумме 0-20, оксиды редкоземельных элементов 0,01-8, из них Nd2O3 0,1-5, СеО2 0,1-1,5. 

В описании патента не приводятся данные по химической устойчивости, термооптической постоянной и термостойкости этих стекол. Однако, расчет аддитивным методом [1, 2] термостойкости и термооптической постоянной W1,06 конкретных примеров стекол по патенту показал, что их термическая устойчивость мала, а величина термооптической постоянной W часто выходит за пределы, ограничивающие класс атермальных лазерных стекол (-5.10-7 К-1<W1,06<10.10-7 K-1), что существенно сужает круг их применения. Например, такие стекла нельзя использовать в лазерах, работающих в частотных режимах (мала мощность накачки, при которой происходит термическое разрушение активного элемента), а также в лазерах с малой угловой расходимостью излучения (что обеспечивается атермальными стеклами). По набору входящих компонентов и их соотношению в большинстве приведенных в прототипе составов можно предположить, что химическая устойчивость эти стекол невысока.

Задачей изобретения является создание технологичного атермального лазерного фосфатного стекла с повышенной термостойкостью и предельной мощностью накачки.

Задача решается тем, что в лазерном фосфатном стекле, содержащем, как и прототип, P2O5 , Al2О3, В2О3, К 2O, Na2O, MgO, CaO, SrO, BaO, Nd2 O3, CeO2, указанные оксиды содержатся, мас.%:

Р2O5 52-66 
Al 2O3 3-6 
В2O3 0,3-3,3 
К2О 3-8 
Na2O 1,5-5,5 
MgO 0,2-2,1 
CaO 0,1-3 
SrO 2-17 
BaO 0,5-21 
Nd2O3 0,5-6 
CeO 2 0,1-1,5 


и дополнительно введены SiO2 и Nb2 О5 в соотношении:

SiO2 0,5-3 
Nb2O 5 1,5-9 


Введение в стекло в качестве модификаторов SiO2 и Nb2O5 с указанным процентным содержанием повышает термостойкость стекла, а также улучшает ряд его технологических и эксплуатационных свойств, в частности, химическую устойчивость и кристаллизационную способность.

Конкретные составы синтезированных стекол приведены в таблице 1, составы стекол из патента-прототипа - в таблице 2, а свойства стекол из табл.1 и 2 (измеренные и рассчитанные по [1, 2]) приведены в таблице 3.

Стекла были сварены в платиновом тигле из материалов высокой степени чистоты: метафосфатов алюминия, бора, щелочных и щелочноземельных элементов, кремнезема, оксидов неодима, церия и ниобия. Кристаллизации стекол не наблюдалось за 80 часов в температурном интервале от 450°С до 1000°С.

Таблица 1 
Примеры составов стекол по заявке 
Компоненты Массовые % Молекулярные % 
№1 №2 №3 №4 пределы №1 №2 №3 №4 пределы 
Р2O 5 52,2 60,36 65,31 55,87 52-66 48,39 51,08 55,69 49,50 48-56 
Al2 O3 3,09 3,63 5,79 3,61 3-6 3,99 4,27 6,87 4,45 3,9-7 
В 2О3 1,32 3,22 0,33 0,33 0,3-3,3 2, 5,56 0,57 0,59 0,5-6 
К2O 6,15 7,82 3,19 6,78 3-8 8,58 9,96 4,1 3,995 4-10 
Na 2O 1,82 1,52 5,17 2,13 1,5-5,5 3,87 2,94 10,1 4,33 2,8-10,2 
SrO 2,11 3,50 8,44 16,71 2-17 2,68 4,06 9,86 20,28 2,8-20,5 
CaO 0,14 0,23 2,77 0,28 0.1-3 0,33 0,48 5,38 0,63 0,3-6,0 
MgO 0,26 2,10 0,11 0,27 0,2-2,1 0,87 6,25 0,34 0,84 0,3-6,5 
BaO 20,5 11,42 5,19 0,52 0,5-21 17,59 8,94 4,09 0,43 0,4-18 
Nb 2O5 8,8 1,5 1,5 4,8 1,5-9 4,36 0,67 0,68 2,28 0,6-4,5 
SiO2 3,0 2,2 0,5 2,5 0,5-3 6,56 4,39 1,00 5,23 1-7 
Nd2O 3 0,5 1.0 1,4 6,0 0,5-6 0,2 0,36 0,51 2,24 0,2-2,3 
CeO2 0,1 1,5 0,3 0,2 0,1-1,5 0,08 1,04 0,21 0,15 0,05-1,1 


Таблица 2 
Примеры составов стекол по прототипу 
Компоненты стекла Массовые % Молекулярные % 
№11 №28 №3 №37 №11 №28 №3 №37 
Р2O5 52,58 51,14 60,19 71,96 51,0 47,0 59,0 65,0 
М2О3 5,92 6,25 5,86 3,16 8,0 8,0 8,0 4,0 
В2O3 6,41 12,0 
К2О 13,0 10,83 10,16 15,30 19,0 15,0 15,0 21,0 
MgO 2,18 7,0 
ВаО 21,16 17,63 16,53 19,0 15,0 15,0 
Nb2 O5 0,2 0,1 
Nd2O 3 7,34 7,74 7,26 7,81 3,0 3,0 3,0 3,0 
Таблица 3 
Свойства стекол по заявке, прототипу и аналогу 
Свойства стекол Стекла по заявке Стекла по прототипу Аналог 
№1 №2 №3 №4 №11 №28 №3 №37 ГЛС32 
Термооптическая постоянная W1.06. 10 7, K-l 10 7,5 3 9 -14 5 -9 -24 4,5 
Коэффициент термического линейного расширения . 107, К-1 107 110 115 109

106* 137 113 124 129 103 
Коэффициент теплопроводности , Вт/м/К 0,65 0,62 0,64 0,58 0,49 0,54 0,55 0,52 0,50 
Термостойкость AT, °C 63* 60* 62* 60* 42* 
55 51 53 51 22 21 45 54 40 
Предельная накачка Рпр, кВт (АЭ 8?100 мм) 0,9* 0,8* 0,85* 0,8* - - - - 0,4* 
*) экспериментальные величины 


Как видно из таблицы 3, расчетные величины термостойкости стекол по заявке превышают термостойкость стекла-аналога на 30% и превышают термостойкость стекол по прототипу до 2,5 раз. Это подтверждается экспериментальными результатами. Термостойкость образцов 010?30 мм стекол по заявке, измеренная методом термоудара, составляет не менее 60°С, что в 1,5 раза выше, чем у промышленного стекла ГЛС32.

С термостойкостью стекла связана величина предельной мощности накачки, которую выдерживает без разрушения активный элемент при работе лазера в частотном режиме. Предельная мощность накачки активных элементов 8?100 мм из заявляемых стекол составляет от 0,8 до 0,9 кВт по сравнению с предельной мощностью 0,4 кВт для активных элементов из стекла ГЛС32.

Химическая устойчивость стекол по заявке на два класса выше химической устойчивости стекла-аналога ГЛС32 (класс Б 1 и класс Г 1 соответственно).

Литература

1. О.С.Щавелев, В.А.Бабкина. Система расчета оптических и термооптических свойств фосфатных стекол по их химическому составу. Физика и химия стекла, т.3, №5, 1977, с.519-523

2. О.С.Щавелев, Н.К.Мокин, В.А. Бабкина, Н.Ю. Плуталова. Система расчета теплофизических свойств и термостойкости фосфатных стекол по их составу. Физика и химия стекла, т. 15, №4, 1989, с.614-616.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Лазерное фосфатное стекло, включающее P2O5 , Al2О3, В2О3 , К2O, Na2O, MgO, CaO, SrO, BaO, Nd 2O3, CeO2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит SiO2 и Nb2O 5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Р2O5 52-66 
Al 2О3 3-6 
В2O3 0,3-3,3 
К2O 3-8 
Na2O 1,5-5,5 
MgO 0,2-2,1 
CaO 0,1-3 
SrO 2-17 
BaO 0,5-21 
Nd2O3 0,5-6 
CeO 2 0,1-1,5 
SiO2 0,5-3 
Nb2O 5 1,5-9



ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к стекольной промышленности: стекольные составы и композиции, обработка стекла, оборудование для производства и разработки новых стекольных составов и композиций, приспособления и механизмы для обработки и производства стекла, специальные стекла и др.



Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "закалка стекла". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("закалка" или "стекла").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+закалка -стекла".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "состав" будут найдены слова "составы", "составом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "состав!".


Рейтинг@Mail.ru