低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃

本发明属于紫外窗口玻璃，具体涉及一种低非线性高透过的氟磷酸盐紫外窗口玻璃。

背景技术：

1、随着高功率激光装置的输出能量不断提高，由强激光诱发的自聚焦效应不容忽视，自聚焦效应带来的成丝损伤对光学元件来说是致命的，自聚焦损伤发生在光学元件体内，一旦损伤便无法修复，导致光学元件失效。自聚焦损伤在紫外窗口光学元件中尤为严重，因为紫外激光能量更高，自聚焦损伤发生的损伤阈值更低。非线性折射率n2与自聚焦效应密切相关，非线性折射率n2越低，自聚焦效应越弱，由自聚焦效应导致的丝状自聚焦损伤发生的概率越小。然而现有的高功率紫外光学窗口元件多为熔石英玻璃材料，其为单一组分材料，无法调整其非线性折射率。

2、氟化物玻璃具有极低的非线性折射率，但是氟化物玻璃在制备过程中极易析晶，且物化稳定性较差，而氟磷酸盐玻璃既具有较低的非线性折射率，又具有良好的物化稳定性，因此非常具有应用潜力。关于低非线性氟磷酸盐玻璃的应用研究，现有技术方案采用：p2o530.0-70.0％；al2o3 0.5-30.0％；bao 0.5-25.0％；mgo 0.5-25.0％；k2o0.5-30.0％；nd2o3 0.5-10.0％；mgf2 0.5-30.0％；srf2 0.5-30.0％；baf20.5-30.0％；teo2 0.1-10.0％；b2o3 0.1-15.0％的配方，得到了非线性折射率n2为0.50～1.10×10-13esu的掺氟磷酸盐激光钕玻璃，然而该配方为适用于激光掺钕玻璃研发，这种为高荧光寿命、激光增益等特性而设计的组分配比，不适用于紫外窗口玻璃。因此，如何找到紫外窗口玻璃适配配方，使其具备低非线性、紫外320-380nm、尤其是适于351/355nm高透过的特性，是本领域技术人员面临的技术挑战。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

2、一种低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃，该紫外窗口玻璃按重量百分比组成分为：

3、napo3 1.5～2.5％；ba(po3)2 4～28％；alf3 33～45％；naf 5～7％；mgf2 4～6％；caf2 13～18％；srf2 8～12％；baf2 4～6％；yf3 0.5～1％。

4、所述的ba(po3)2/napo3重量比为1～15；和/或mgf2：caf2：srf2：baf2重量比为1:3:2:1。

5、紫外窗口玻璃的折射率nd为1.42-1.52、非线性折射率n2为(0.49～0.85)×10-13esu，320～380nm的紫外透过率大于90％。

6、配方优化方案：其中napo3 2.1～2.4％；和/或ba(po3)2 7～11％；和/或alf3 41～43％；和/或naf 6.4～6.7％；和/或mgf2 5.5～5.7％；和/或caf2 16～17％；和/或srf2 11～11.5％；和/或baf2 5.5～5.7％；和/或yf3 0.9～0.95％。

7、紫外窗口玻璃的折射率nd为1.45～1.46、非线性折射率n2为(0.49～0.63)×10-13esu。

8、进一步地，本发明的紫外窗口玻璃用于输出激光的波段范围为320～380nm的高功率紫外激光器的紫外窗口的制备应用。

9、本发明的紫外窗口玻璃特别用于输出激光的波长为351/355nm的高功率紫外激光器的紫外窗口的制备应用。

10、本发明还公开了制备低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃的方法，该方法包括如下步骤：

11、步骤1：按照如下重量百分比组成分进行原料选配：

12、napo3 1.5～2.5％；ba(po3)2 4～28％；alf3 33～45％；naf 5～7％；mgf2 4～6％；caf2 13～18％；srf2 8～12％；4～6％；yf3 0.5～1％；

13、步骤2：将原料充分混合后，在900±5℃进行熔化，澄清、均化后，降温至750～800℃，注入模具成型，然后退火保温，降至室温，得到低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃，所述的紫外窗口玻璃的折射率nd为1.42-1.52、非线性折射率n2为(0.49-0.85)×10-13esu，320～380nm的紫外透过率大于90％。

14、步骤1原料的选配为ba(po3)2/napo3重量比为1～15；和/或mgf2：caf2：srf2：baf2重量比为1:3:2:1。

15、步骤1原料的选配为：napo3 2.1～2.4％；和/或ba(po3)2 7～11％；和/或alf3 41～43％；和/或naf6.4～6.7％；和/或mgf25.5～5.7％；和/或caf216～17％；和/或srf211～11.5％；和/或baf25.5～5.7％；和/或yf30.9～0.95％。

16、本发明与现有技术相比，具有以下技术优势：

17、1、非线性折射率低。本发明的非线性折射率均在0.85×10-13esu及以下，低于目前常用的熔石英玻璃(n2≈0.85×10-13esu)；

18、2、良好的紫外透过率。本发明的紫外透过率均在90％以上，目前尚未有低非线性、同时紫外透过率高的玻璃配方。

技术特征：

1.一种低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃，其特征在于：该紫外窗口玻璃按重量百分比组成分为：

2.如权利要求1所述的低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃，其特征在于：所述的ba(po3)2/napo3重量比为1～15；和/或mgf2：caf2：srf2：baf2重量比为1:3:2:1。

3.如权利要求1所述的低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃，其特征在于：所述的紫外窗口玻璃的折射率nd为1.42-1.52、非线性折射率n2为(0.49-0.85)×10-13esu，320～380nm的紫外透过率大于90％。

4.如权利要求1所述的低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃，其特征在于：其中napo3 2.1～2.4％；和/或ba(po3)2 7～11％；和/或alf341～43％；和/或naf 6.4～6.7％；和/或mgf25.5～5.7％；和/或caf216～17％；和/或srf2 11～11.5％；和/或baf2 5.5～5.7％；和/或yf30.9～0.95％。

5.如权利要求4所述的低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃，其特征在于：所述的紫外窗口玻璃的折射率nd为1.45～1.46、非线性折射率n2为(0.49～0.63)×10-13esu。

6.如权利要求1-2任一项所述的低非线性氟磷酸盐紫外窗口，其特征在于：所述的紫外窗口玻璃用于输出激光的波段范围为320～380nm的高功率紫外激光器的紫外窗口的制备应用。

7.如权利要求5所述的低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃，其特征在于：所述的紫外窗口玻璃用于输出激光波长为351nm或355nm的高功率紫外激光器的紫外窗口的制备应用。

8.一种制备如权利要求1-7任一权利要求书所述低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃的制备方法，其特征在于：步骤1原料的选配为ba(po3)2/napo3重量比为1～15；和/或mgf2：caf2：srf2：baf2重量比为1:3:2:1。

10.如权利要求8所述的低非线性氟磷酸盐紫外窗口玻璃的制备方法，其特征在于：步骤1原料的选配为：napo3 2.1～2.4％；和/或ba(po3)2 7～11％；和/或alf3 41～43％；和/或naf 6.4～6.7％；和/或mgf25.5～5.7％；和/或caf2 16～17％；和/或srf2 11～11.5％；和/或baf25.5～5.7％；和/或yf3 0.9～0.95％。

技术总结
本发明公开了一种低非线性折射率的氟磷酸盐紫外窗口玻璃，其组分按重量百分比表示含有：NaPO3 1.5～2.5％；Ba(PO3)2 4～28％；AlF3 33～45％；NaF 5～7％；MgF2 4～6％；CaF2 13～18％；SrF2 8～12％；BaF2 4～6％；YF3 0.5～1％。本发明通过适当调整各组分含量，得到折射率nd为1.42‑1.52、非线性折射率n2为(0.49‑0.85)×10‑13esu的氟磷酸盐玻璃，紫外(320～380nm)透过率高于90％，可用于高功率紫外激光器的紫外窗口制备应用。

技术研发人员：王鹏飞,曹欣,万瑞
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12