[發(fā)明專利]鈷鉺雙摻玻璃陶瓷自調(diào)Q激光材料及其制備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210533528.6
• 申請(qǐng)日: 2012-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN102992624B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余運(yùn)龍;陳大欽;張瑞;王元生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號(hào): C03C10/02
• 分類號(hào): C03C10/02;C03C10/16;H01S3/11
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光功能材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種可作為1.54微米波段自調(diào)Q激光材料的鈷鉺共摻玻璃陶瓷及其制備工藝。

背景技術(shù)

自調(diào)Q激光材料兼具受激輻射與可飽和吸收二重性，做成的激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、重復(fù)頻率高、全固化、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前，通過將增益離子釹[S. zhou, K. K. Lee, Y. C. Chen, and S. Li, Opt. Lett. 18 (1993) 511 ]或鐿[J. Dong, P. Deng, Y. Liu, Y. Zhang, G. Huang, and F. Gan, Chin. Phys. Lett. 19 (2002) 342]與飽和吸收離子鉻共摻入基質(zhì)材料中，已實(shí)現(xiàn)了在1-1.1微米波段的自調(diào)Q激光輸出。但是針對(duì)人眼安全的1.54微米波段激光的自調(diào)Q材料卻鮮見報(bào)道。1.54微米被動(dòng)調(diào)Q激光因其在軍事雷達(dá)、測(cè)距、污染監(jiān)控和非線性光學(xué)處理等方面具有重要應(yīng)用前景而被廣泛研究。摻鈷尖晶石晶體在0.9-1.8微米波長(zhǎng)范圍內(nèi)有寬的吸收帶且具有可飽和吸收特性而被用作摻鉺玻璃（1.54微米）激光材料的飽和吸收體。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)摻鈷含尖晶石納米晶硅基玻璃陶瓷具有與摻鈷尖晶石晶體類似的可飽和吸收特性，可用于1.54微米激光器的被動(dòng)調(diào)Q。因此，在摻鈷含尖晶石納米晶相硅基透明玻璃陶瓷引入具有1.54微米發(fā)射的鉺離子作為激光增益離子，就可以利用鈷離子的可飽和吸收特性對(duì)鉺離子的1.54微米波長(zhǎng)激光實(shí)現(xiàn)自調(diào)Q。但是由于硅基玻璃的聲子能量較高，使得鉺離子的發(fā)射效率較低，限制了材料的應(yīng)用。本發(fā)明在新型的含尖晶石鋁酸鋅（ZnAl₂O₄）納米晶與正交相氟化釔(YF₃)納米晶雙晶化相玻璃陶瓷中共摻鈷離子與鉺離子，并通過控制熱處理?xiàng)l件使摻雜離子選擇性進(jìn)入兩種納米晶相中，實(shí)現(xiàn)了材料兼具可飽和吸收與受激輻射二重特性，并利用氟化物聲子能量低的優(yōu)點(diǎn)提高鉺離子的發(fā)光效率。本發(fā)明的玻璃陶瓷有望應(yīng)用于1.54微米自調(diào)Q激光。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種鈷鉺共摻的含尖晶石相ZnAl₂O₄納米晶與正交相YF₃納米晶雙晶化相玻璃陶瓷的組分配方及其制備工藝，目的在于制備出兼具可飽和吸收與受激輻射雙重特性的自調(diào)Q激光材料。

本發(fā)明的透明玻璃陶瓷組成為（摩爾百分比）： SiO₂:31.5-41.5%，Al₂O₃:20-28%, ZnO:5-15%, YF₃:6-18%, NaF:0-18%, LiF:0-18%, Ga₂O₃:5-10%, CoO:0-0.5%, ErF₃:0-5%。

本發(fā)明采用如下制備工藝：將原料按照一定組分配比混合均勻后置于坩堝中，于電爐中加熱到1350-1550度后并保溫0.5-2個(gè)小時(shí)，然后將玻璃熔液倒入模具中成形；將獲得的玻璃放入電爐中在650-800度加熱保溫1-24小時(shí)使其發(fā)生部分晶化，得到玻璃陶瓷。

采用以上玻璃組分和制備工藝，成功制備了鈷鉺共摻含尖晶石ZnAl₂O₄納米晶與正交相YF₃納米晶均勻分布于氧化物玻璃基體的玻璃陶瓷，并成功實(shí)現(xiàn)了鈷離子選擇性進(jìn)入尖晶石相鋁酸鋅納米晶中形成四配位與鉺離子選擇性進(jìn)入正交相氟化釔納米晶，使得本發(fā)明玻璃陶瓷能兼具鈷離子的可飽和吸與鉺離子的受激輻射雙重特性。玻璃陶瓷在1.1-1.7微米波段范圍內(nèi)有著寬的吸收帶（如圖），在976納米激光激發(fā)條件下，玻璃陶瓷的1.54微米波段具有強(qiáng)的發(fā)射峰。

本發(fā)明的玻璃陶瓷雙摻鈷與鉺離子，且通過晶化控制，實(shí)現(xiàn)了鈷離子選擇性進(jìn)入具有四配位的尖晶石相ZnAl₂O₄納米晶中，鉺離子選擇性進(jìn)入低聲子能量正交相YF₃納米晶中，可以將鈷離子良好的飽和吸收特性與鉺離子優(yōu)異的受激輻射性能很好的結(jié)合起來(lái)；此外，玻璃陶瓷制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，因此有望開發(fā)出一種新型的自調(diào)Q激光材料。

附圖說(shuō)明

圖1：實(shí)施例1中玻璃陶瓷樣品的X射線粉未衍射圖譜，表明析出尖晶石相ZnAl₂O₄與正交相YF₃兩個(gè)晶相。