硬包边是激光钕玻璃减少放大自发辐射和抑制寄生振荡的包边技术之一,残余应力是硬包边的一个重要参数。详细描述了激光钕玻璃硬包边过程中残余应力的来源,并利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,对硬包边浇注熔接过程中不同膨胀系数匹配条件和不同包边玻璃浇注温度下的残余应力分布进行了数值模拟。结果显示,激光钕玻璃和包边玻璃的膨胀系数差异愈小,产生的残余应力愈小;包边玻璃浇注温度愈高,则产生的残余应力愈大。硬包边实验结果表明:包边玻璃的膨胀系数和激光钕玻璃的膨胀系数愈相近,则残余应力就愈小,当包边温度在700~1200 ℃范围内时,残余应力随着包边温度的增加而增大。模拟结果与实验结果吻合,所以在硬包边的浇注熔接过程中,为了使残余应力最小,最佳策略是激光钕玻璃的膨胀系数和包边玻璃的膨胀系数尽量接近甚至相等,且包边温度尽量低。

采用电子探针显微分析(EPMA)技术分析和研究了强激光辐照前后连续熔炼钕玻璃中铂金颗粒的各种形态。强激光辐照后的铂金颗粒夹杂物呈现出3种典型的EPMA形貌,这是铂金颗粒吸收激光能量引起的热应力和蒸气压共同作用的结果,钕玻璃的热力学性质对其形态也有一定影响。对比锆和锡夹杂物的EPMA分布特性可以发现铂、锆、锡被共同包裹的现象。

采用输出能量为10 J、脉宽为10 ns、重复频率为10 Hz的Nd:YAG激光器, 根据美国NIF、法国LMJ和俄罗斯LUTCH装置的铂金颗粒检测参数, 建立了大口径钕玻璃铂金颗粒扫描平台。在此平台上, 测试并研究了N31大口径钕玻璃内部的铂金颗粒夹杂物在强激光辐照下的破坏情况。高分辨率光学体视显微镜对铂金颗粒夹杂物破坏后的形貌进行了观测和讨论。初步研究表明, 在正常生产工艺条件下生产出的钕玻璃, 其内部不存在铂金颗粒夹杂物。当去除铂金的工艺出现异常时, 在钕玻璃内部是有可能出现铂金颗粒夹杂物颗粒的。所建立的扫描参数能够将不可见的微颗粒有效地检测出来, 从而及时准确反馈除铂金的工艺条件, 确保钕玻璃生产的正常进行。

研究了Yb3+掺杂铋酸盐玻璃的发光特性参数, 讨论了Yb2+、Bi3+等缺陷淬灭中心与Yb3+之间的能量转移。对于已优化的基质组成, 在荧光寿命没有大幅下降的前提下, 玻璃中Yb3+近红外波段的发射截面明显增大, 吸收截面减小, 激光增益能力和饱和抽运强度均得到提高。采用有效的除羟基工艺, 玻璃中不会产生比磷酸盐玻璃中更为严重的Yb3+发光淬灭效应, 但铋酸盐玻璃中还可能存在Yb2+、Bi3+等价态不稳定的缺陷淬灭中心。

为减少放大自发辐射和抑制寄生震荡，需在激光钕玻璃片侧面粘接一层吸收介质包边玻璃，其中，包边残余应力是粘接的一个重要参数。详细描述了激光钕玻璃与包边玻璃在包边粘接过程中粘接界面附近残余应力的来源，实验讨论分析了精密退火、加工、包边粘接等对界面附近残余应力的影响。结果表明，退火过程中的边缘应力对粘接界面附近残余应力影响比较大，且包边面加工面型匹配越差，则界面附近残余应力越大，而低收缩率和低模量的粘接胶对界面附近的残余应力影响较小。

研究了组分为55Bi2O3-25B2O3-10SiO2-(10-x)Ga2O3-xYb2O3（x=0.5,2.0,5.0）掺镱铋酸盐玻璃在1 μm近红外波段发光的温度特性。测定了9 K低温到350 K高温条件下975 nm和1003 nm主次荧光峰，它们的半峰全宽基本没有大的变化，表明铋酸盐玻璃基质对镱离子的非均匀加宽是谱线加宽的主要原因。另外，电子声子耦合对镱离子荧光光谱和荧光寿命也有一定程度的影响。对于荧光寿命的温度特性，本身具有较大荧光俘获效应的镱离子的寿命受到明显影响，其中在高温区的影响比在低温区的更强。

选取55Bi2O3-25B2O3-10SiO2-7Ga2O3-3Yb2O3系统铋酸盐玻璃，研究了在不同温度(9~350 K)下Yb3+离子的发射光谱和荧光寿命变化情况，计算了不同温度下Yb3+离子在976和1020 nm的有效线宽Δλeff，比较了不同温度下Yb3+离子的光谱特性和荧光寿命变化情况。发现随着测试温度的降低，测得的荧光寿命值以及荧光光谱半峰全宽(FWHM)和1020 nm处的有效线宽Δλeff却在增加。结果表明，在100 K温度以下时，Yb离子在铋酸盐玻璃中下能级的粒子主要集中于最低能级上，使得Yb离子的运转状态由准三能级系统变为四能级系统。

以提高磷酸盐激光钕玻璃耐热冲击性能为目的,研究了一种用碱和酸缓冲液相结合处理磷酸盐激光钕玻璃表面的方法。通过对比该方法与303砂细磨、混合强酸处理和化学机械抛光3种方法处理后的表面形貌和机械性能,发现该表面处理方法可以减少玻璃表面的显微缺陷,从而显著提高表面显微硬度、抗折强度。实验结果表明采用该表面处理方法可提高磷酸盐激光钕玻璃在重复频率氙灯抽运下的热破坏阈值和激光效率。