[發明專利]高摻雜Yb,Er:YAG透明陶瓷及其制備方法

無效

• 申請號: 200910048837.2
• 申請日: 2009-04-03
• 公開（公告）號: CN101851096A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 黃同德;潘裕柏
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/505
• 分類號: C04B35/505;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及高摻雜Yb，Er:YAG透明陶瓷材料及其制備方法，屬于上轉換發光和激光透明陶瓷材料及制備技術領域。

背景技術

電子在Er³⁺離子的⁴I_13/2能級和⁴I_15/2能級之間的馳豫躍遷可以實現1.5～1.6μm的激光輸出。這個波段的激光在醫學研究和應用領域，光通訊及軍事上上具有獨特的優勢而受到廣泛關注。由于Er³⁺本身的三能級特性和對泵浦光(波長：0.9～1.1μm)的吸收系數較小，導致Er³⁺的激光輸出效率非常低。為了提高泵浦吸收強度和激光輸出效率，采取對Er³⁺離子進行敏化的方法尤為必要。Yb³⁺離子對0.94μm波長左右的泵浦光的吸收較強，并且Yb³⁺(²F_5/2)的發射帶和Er³⁺(⁴I_11/2)的吸收帶有較大的重疊，電子在這兩個能級之間遷移的幾率較大。激光材料中混摻Yb³⁺對Er³⁺起到的敏化作用(即Yb³⁺→Er³⁺間的能量轉移)早已在實驗中得到證實。在各種獲得1.5μm波段激光的方法中，利用Yb³⁺和Er³⁺混摻的激光材料已成為人們的研究熱點。在各種固體激光材料(陶瓷，玻璃及晶體)中，陶瓷同時具有較高的機械強度，高熱導率，高損傷閾值，以及制備周期短，可大尺寸化。盡管Yb³⁺，Er³⁺摻雜磷酸鹽，硅酸鹽玻璃和5at％Yb，1at％Er:YAG晶體的固體激光器系統均已獲得了1.5～1.6μm波長的高功率激光輸出(Georgiou?E，Musset?O，Boquillon?JP，Appl.Phys.B：Lasers?Opt.，2000，70：755；Schweizer?T，Heumann?E，Heine?F，Huber?G，CLEO/Europe，1994，94：389；Georgiou?E，Kiriakidi?F，Musset?O，Opt.Eng.，2005，44：064202)，但到目前為止還沒有關于Yb，Er:YAG透明陶瓷在實現1.5μm波段的光譜性能和激光輸出的報道。主要原因可能是透明陶瓷的制備要求較為苛刻，以往報道的Yb，Er:YAG陶瓷的光學質量差，在400nm處的透過率不到70％，而且陶瓷材料中的Yb³⁺離子摻雜濃度(＜2at％)太低，導致對泵浦光源的吸收效率較低，以及離子間的敏化效果較差。所以提高Yb，Er:YAG透明陶瓷的Yb³⁺離子摻雜濃度和光學質量尤為重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種高摻雜Yb，Er:YAG透明陶瓷及其制備方法。

本發明的Yb，Er:YAG透明陶瓷其晶粒尺寸為5～50μm，Yb³⁺離子的濃度為2at％～6at％，Er³⁺離子的摻雜濃度在1at～3at％。

本發明的制備步驟包括：

(1)采用α-Al₂O₃，Y₂O₃，Yb₂O₃和Er₂O₃粉體，優選粉體的純度＞99.95％。

(2)采用Li₂O，Na₂O，K₂O，CaO，MgO，SiO₂和正硅酸乙酯(TEOS)中的一種或兩種作為燒結助劑，燒結助劑的添加量為10²～10⁶ppm，優選純度均＞99.99％。

(3)按照Yb_mEr_nY_(3-m-n)Al₅O₁₂，其中，m，n為稀土離子的摻雜量；m＝0.25～0.3，n＝0.03～0.09，稱量氧化物原料和燒結助劑，球磨混合；