光子学玻璃的应用及其性质-中国物理C.PDF

光子学玻璃的应用及其性质 干福熹 陈 伟 光子学发展到目前阶段，已经基本上成为与现 包括多量子阱、线阵、面阵等结构；（3 ）光子频率、 代电子学平行发展的一门新兴学科。其中的光子学 极化态和模式的变换材料：包括非线性光学材料、 玻璃就是当代特种玻璃的一个重要发展，也是光子 半导体饱和吸收阱、超晶格材料等；（4 ）光子存储 学材料中最重要的一类，它包括的几个主要方面是 材料：包括光折变材料、光色材料、电子俘获材料 激光玻璃和玻璃光纤，光功能玻璃和非线性光学玻 等。未来光子学的发展仍然需要探索新型光子学材 璃，光波导玻璃和光子存储玻璃等，内容涵盖了物 料，其中玻璃态或者无定形材料的探索应该是一个 理、化学、制备工艺、器件应用等多门传统学科以 最为重要的发展方向。 及它们的交叉学科。本文重点介绍光子学玻璃在光 二、光子学玻璃和光子产生 子学领域的主要应用及其性质。 关于光子产生这方面的研究和应用，现在已经 一、光子学玻璃概述 不再满足于以往中小功率激光材料和激光器件的研 长期以来，传统光学一直是以光的自发辐射和 制，更高的追求是高功率或者大能量激光的产生， 非相干性传播为主。1960 年激光的产生，由于它的 而稀土离子掺杂的激光玻璃正是产生巨光子的首选 高亮度和强相干性等特点，使得光学研究逐步转向 材料，其中的代表性材料是掺有钕离子的激光玻璃。 以光的受激发射和相干性传播为主。具体而言，研 由于各国的技术必威体育官网网址，已经发展出多种型号，例如 究目标已经从较弱的光频电磁辐射转向强场作用下 日本Hoya 公司的 LHG-8 型钕玻璃，德国 Schott 公 的光频电磁辐射，研究内容也已经从以往弱光作用 司 LG-770 型钕玻璃，上海光学精密机械研究所研 下的线性光学效应转向强光作用下的非线性光学效 制成功的 N31 和 N41 型掺钕磷酸盐激光玻璃，它们 应。这就是传统的光学向光子学转变的基本原因， 都已经应用于激光核聚变实验方面的激光驱动器 这一转变直接导致了光子学的兴起。 上，光谱和光学性质具有一定的相似性。图 1 为尺 1970 年于美国丹佛召开的第 9 届国际高速摄影 寸达到米级的大口径钕玻璃片，是采用磷酸盐玻璃 会议上，波德沃尔特（L. J. Poldervaart ）在教育组 连续熔炼技术制备的，已经完成两大面的精密抛光， 的讨论中首次提出了光子学的概念，认为光子学是 研究以光子作为信息载体的科学。从光学玻璃到光 子学玻璃的发展历程上来看（具体详见干福熹等著 《光子学玻璃及应用》一书），光子学研究的是光子 的产生、探测和控制，并涉及光子受激发射、光子 的频率变换、极化态和偏振态的变化等诸多领域， 它们的物理机制不仅是当代信息科学的基础，也是 与光子或光波的能量密切相关的。随着光子学的发 展和应用，使得光子作为信息和/或能量的载体，进 一步促进了包括玻璃态和晶态材料在内的各种光子 学专门材料的诞生。 图 1 用于美国国家点火装置 NIF 的大口径激光钕玻璃 目前较为重要的光子学材料有：（1）激光材料： （引自：T. I. Suratwala, J. H. Campbell, P. E. Miller, et al, 包括激光晶体、激光玻璃、半导体激光材料、光纤