上海光机所在光致热折变玻璃及体光栅研制方面取得进展

中国科学院上海光学精密机械研究所在用于体光栅（VBG）的光致热折变玻璃（Photo-Thermo-Refractive glass，简称PTR）的研制方面取得新进展，在国内率先制备出80×30×20mm、具有高光敏和热敏特性、高均匀性（<10^-5）的光致热折变玻璃。PTR是一种高透过率光学微晶玻璃，该玻璃通过紫外曝光、热显影工艺，可获得的折射率调制度最大达到1000ppm。　　

基于光致热折变玻璃的体光栅器件，由于具有高精度角度和波谱选择性以及高功率密度耐受性等优点，在超快脉冲激光器展宽和压缩、高功率固体激光器的光束转向、模式选择、线宽窄化、光谱组束等领域具有显著的应用优势。虽然该玻璃的研究最早可追溯到1980年，但由于该玻璃涉及ppm量级元素的调控、卤化物成分的挥发控制、氧卤玻璃的分相调控及较大尺寸玻璃的均匀析晶，因此，具有极高的组分优化设计和制备工艺难度。

近三年来，在国家相关项目的牵引和支持下，依托中科院强激光材料重点实验室，上海光机所高功率激光单元技术实验室和薄膜光学实验室利用各自在特种光功能玻璃和光栅光学领域的优势，合作开展了大尺寸光致热折变玻璃及体光栅的研究。通过优化玻璃的组分设计、不同需求的光栅结构设计及工艺设计，在相关工艺技术中取得多项技术突破：解决了玻璃中酸碱度平衡问题，实现了银原子和银离子的阶段控制；熔炉、坩埚制备条件的自主改进及玻璃熔制工艺优化的突破，获得了大尺寸、高均匀性氧氟微晶玻璃的制备；成型和退火工艺设计，解决了玻璃中变价离子的价态控制，最终获得大于30mm口径的具有高光敏和热敏特性的光致热折变玻璃；高精稳定性曝光装备的建立及其热显影工艺的精密调控，实现了体光栅器件的制备。相关成果发表在Optics Express（2018,26(1) 157-164；2018, 26(19), 25336）上。

图1. 高均匀性光致热折变玻璃及衍射器件 

图2. 不同工艺下，光致热折变玻璃光谱及晶向XRD 

图3. 不同入射角度下的-1级和1级衍射效率曲线(TE偏振) 

相关链接：1.https://doi.org/10.1364/OE.26.000157；2.https://doi.org/10.1364/OE.26.025336