基于光致熱折變玻璃的體光柵器件，由于具有高精度角度和波譜選擇性以及高功率密度耐受性等優(yōu)點，在超快脈沖激光器展寬和壓縮、高功率固體激光器的光束轉(zhuǎn)向、模式選擇、線寬窄化、光譜組束等領域具有顯著的應用優(yōu)勢。雖然該玻璃的研究最早可追溯到1980年，但由于該玻璃涉及ppm量級元素的調(diào)控、鹵化物成分的揮發(fā)控制、氧鹵玻璃的分相調(diào)控及較大尺寸玻璃的均勻析晶，因此，具有極高的組分優(yōu)化設計和制備工藝難度。此前，具備實際商業(yè)化應用的PTR玻璃制備及相關器件全流程制備技術被美國的三家公司所壟斷，其最大尺寸可達100mm口徑，但對我國實行禁運。 國內(nèi)相關工作也僅限于學術研究，還未見產(chǎn)品報道，嚴重制約了國內(nèi)相關技術領域特別是高功率激光技術的發(fā)展。
近三年來，在國家相關項目的牽引和支持下，依托中科院強激光材料重點實驗室，上海光機所高功率激光單元技術實驗室和薄膜光學實驗室利用各自在特種光功能玻璃和光柵光學領域的優(yōu)勢，合作開展了大尺寸光致熱折變玻璃及體光柵的研究。通過優(yōu)化玻璃的組分設計、不同需求的光柵結(jié)構(gòu)設計及工藝設計，在相關工藝技術中取得多項技術突破：解決了玻璃中酸堿度平衡問題，實現(xiàn)了銀原子和銀離子的階段控制；熔爐、坩堝制備條件的自主改進及玻璃熔制工藝優(yōu)化的突破，獲得了大尺寸、高均勻性氧氟微晶玻璃的制備；成型和退火工藝設計，解決了玻璃中變價離子的價態(tài)控制，最終獲得了大于30mm口徑的具有高光敏和熱敏特性的光致熱折變玻璃；高精穩(wěn)定性曝光裝備的建立及其熱顯影工藝的精密調(diào)控，實現(xiàn)了體光柵器件的制備。該系列技術的突破，使得上海光機所成為國內(nèi)首家自主掌握從PTR玻璃制備、高精穩(wěn)定曝光刻寫、熱顯影，到性能測試評估全流程的研究單位，可實現(xiàn)滿足不同應用需求及場景的透射式和反射式體光柵器件的定制化研究，為滿足國內(nèi)重大應用需求的激光系統(tǒng)研制奠定了關鍵材料和器件基礎。
圖1. 高均勻性光致熱折變玻璃及衍射器件
圖2. 不同工藝下，光致熱折變玻璃光譜及晶向XRD
圖3. 不同入射角度下的-1級和1級衍射效率曲線(TE偏振)
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