[發明專利]一種激勵元素呈連續梯度分布的氧化釔激光透明陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310209153.2
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103253937A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 李曉東;曾維和;陳劍波;陳軒;鄧佳麗
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C04B35/505
• 分類號: C04B35/505;C04B35/622
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種激勵元素呈連續梯度分布的氧化釔激光透明陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

激光二極管泵浦的全固態激光器具有體積小、效率高、穩定性好和壽命長等優點，在國防、光電子產業、光通訊和醫療衛生等領域有著重要的應用。隨著大功率半導體激光器技術的不斷完善和發展，高功率二極管泵浦固體激光器已經成為國內外學者的研究熱點，這些研究主要集中在如何有效地提高激光輸出功率和改善激光光束質量方面，在大功率抽運過程中，固體激光介質吸收的部分熱量加上非輻射躍遷產生的熱，一方面使得激光晶體自身溫度升高，另一方面，激光晶體的溫度升高，與冷卻系統的共同作用，在晶體中形成溫度梯度，產生熱透鏡效應、熱致衍射損耗和熱破裂等現象，對激光器的運轉帶來不利影響，嚴重影響了激光的光束質量以及激光器的輸出效率和功率。

激光晶體的熱效應很大一部分來源于增益介質對泵浦光的不均勻吸收；由于目前固體激光增益介質通常是單一摻雜濃度的晶體，工作時增益介質對泵浦光產生指數吸收，使入射端面附近具有較高的溫度和溫度梯度；摻雜濃度越大，其吸收系數越大，導致泵浦光經過晶體端面中心時吸收泵浦能量越多，其端面中心溫度越高；又由于其吸收系數越大，隨著泵浦光進入晶體，泵浦光能量衰減越快，最終導致摻雜濃度越高的晶體中心軸溫度衰減越快。

采用多段復合增益介質可減輕激光工作物質對抽運光的非均勻吸收、改善激光晶體的熱效應問題。相對單一摻雜濃度的激光晶體，端面泵浦的復合增益介質其溫度分布均勻性得到了極大提高，且激光晶體的分段數越多，縱向溫度分布也越均勻。但多段復合增益介質，并未完全消除段與段之間復合時所形成的界面，其激勵元素濃度在基質中仍呈一定程度“階梯”分布，無法根本上解決每段內的熱效應問題，也就不能消除界面引起的熱效應及其對激光光束的影響。

發明內容

本發明的目的是針對現有多段復合激光晶體的缺點和不足，提供一種激勵元素呈連續梯度分布的氧化釔激光透明陶瓷材料及其制備方法。

本發明的激勵元素呈連續梯度分布的氧化釔激光透明陶瓷材料的基質材料為Y₂O₃，激勵元素RE為Yb、Tm或Nd，激勵元素RE在基質材料中的濃度沿基質材料軸向呈連續梯度分布。

上述的激勵元素呈連續梯度分布的氧化釔激光透明陶瓷材料中，當RE為Yb時，其成分按原子百分比含Yb1~20%，余量為Y₂O₃；當RE為Tm時，其成分按原子百分比含Tm0.1~10%，余量為Y₂O₃；當RE為Nd時，其成分按原子百分比含Nd0.5~10%，余量為Y₂O₃。

上述的激勵元素呈連續梯度分布的氧化釔激光透明陶瓷材料的組織為單相氧化釔多晶體。

本發明的激勵元素呈連續梯度分布的氧化釔激光透明陶瓷材料的制備方法按以下步驟進行：

1、配制摩爾濃度為0.01~0.5M的Y（NO₃）₃溶液，并調節pH=1~5；配制摩爾濃度為0.01~0.5M的RE（NO₃）₃溶液，并調節pH=1~5；配制摩爾濃度為0.5~2M的尿素溶液；

2、制備RE:Y₂O₃球形納米粉體：

2.1、將Y（NO₃）₃溶液、RE（NO₃）₃溶液和尿素溶液混合均勻制成稀土摻雜氧化釔母鹽溶液，其中Y（NO₃）₃與?RE（NO₃）₃的摩爾比為1:（0.1~0.5），Y（NO₃）₃和?RE（NO₃）₃的總量與尿素的摩爾比為1:（1~30）；將稀土摻雜氧化釔母鹽溶液在0.5~4h內升溫至75~98℃，保溫0.5~5小時，獲得白色沉淀；過濾收集白色沉淀，然后進行清洗，再在60~150℃干燥2~48小時，獲得稀土摻雜氧化釔先驅物粉體；