[發明專利]用于激光的Er3+、Pr3+和Tm3+三摻氧化鑭釔透明陶瓷的制備方法

無效

• 申請號: 201410130316.2
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103964849A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 段琪瑱;楊秋紅;陳韞佳;陸神洲;劉強;趙廣根
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C04B35/505
• 分類號: C04B35/505;C04B35/622
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種用于中紅外波段激光的Er³⁺、Pr³⁺和Tm³⁺三摻雜氧化鑭釔透明陶瓷的制備方法，屬特種陶瓷制造工藝技術領域。

背景技術

近年來，2~3μm激光材料受到國內外的高度重視。波長為2~3μm的中紅外激光位于大氣的傳輸窗口內，覆蓋了許多重要氣體分子的特征譜線，并且對人眼也極為安全，因此在軍事、醫療、光通信、環境監測等領域都具有非常廣闊的應用前景和重要的應用價值。其中摻Er³⁺激光材料作為一種優秀的中紅外激光工作介質多年來一直受到人們的關注。Er³⁺離子的⁴I_11/2→⁴I_13/2躍遷對應于2.7μm，可利用980nm商用激光二極管（LD）泵浦實現2~3μm波段發光。然而Er³⁺的2.7μm激光下能級⁴I_13/2壽命較長，粒子數積聚多，不利于⁴I_11/2和⁴I_13/2能級之間的粒子數反轉，限制了高效2.7μm激光的獲得。同時由于Er³⁺在980nm附近的吸收截面小，而高摻雜又易引起濃度猝滅，也限制了其對LD泵浦光的有效吸收。

通過在摻Er³⁺激光材料中添加Pr³⁺、Tm³⁺等敏化離子，可利用Tm³⁺和Pr³⁺提高摻Er³⁺激光材料對泵浦光的吸收效率，并通過Pr³⁺、Tm³⁺與Er³⁺之間的能量傳遞機制加速Er³⁺的⁴I_13/2能級衰減，易于實現⁴I_11/2和⁴I_13/2能級之間的粒子數反轉，從而獲得2.7μm波長的激光輸出。此外，Tm³⁺和Pr³⁺的摻入還可抑制Er³⁺的1.54μm發光，由于該波段發光會與2.7μm波段光產生能量爭奪而不利于2.7μm激光效率的提高，因此，Er³⁺、Pr³⁺和Tm³⁺三摻與對實現高效的Er³⁺離子2.7μm激光、改善摻Er³⁺激光材料光譜性能，進而擴展其應用領域具有十分重要的實際意義。

立方Y₂O₃具有良好的熱學、化學、光學性能和機械性能，是Er³⁺的理想摻雜基質，同時Y₂O₃還具有熱導率高，聲子能量低的優勢。高的熱導率有利于降低材料在激光運作時對冷卻裝置的要求，使激光器小型化；而低的聲子能量則有助于降低無輻射躍遷幾率，從而提高激光輸出的量子效率。但由于Y₂O₃的熔點高達2430℃,且在2280℃附近會發生從立方相向六方相的多晶相變，因而難以生長出大尺寸和高光學質量的Y₂O₃單晶。