[發(fā)明專利]一種Tm敏化的氧化釔基激光陶瓷及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710025092.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106631022B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王煥平;楊清華;田穎;徐時(shí)清;雷若姍;趙士龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/505
• 分類號(hào): C04B35/505
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

本發(fā)明公開(kāi)的Tm敏化的氧化釔基激光陶瓷，其晶粒具有核殼結(jié)構(gòu)，核層為(Y,Tm,M)₂O₃相、殼層為(Y,N)₂O₃相，其中M為稀土發(fā)光離子、N為燒結(jié)助劑。制備過(guò)程如下：首先將釔的化合物、銩的化合物與M的化合物混合，煅燒得(Y,Tm,M)₂O₃粉體，再將釔的化合物與N的化合物混合，煅燒得(Y,N)₂O₃粉體，然后將上述兩種粉體混合；或者將釔的化合物與N的化合物混合后直接加入(Y,Tm,M)₂O₃粉體混合、煅燒；將得到的混合粉體等靜壓成型、真空燒結(jié)，冷卻后退火。本發(fā)明利用燒結(jié)性能優(yōu)異的(Y,N)₂O₃薄層對(duì)(Y,Tm,M)₂O₃相進(jìn)行包覆，可以在提高陶瓷燒結(jié)性能的基礎(chǔ)上減少晶格畸變，從而獲得優(yōu)良的激光性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氧化釔基激光陶瓷及其制備方法，尤其是Tm敏化的氧化釔基激光陶瓷及其制備方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氧化釔是立方晶系晶體，具有優(yōu)良的透光性能，并且具有熔點(diǎn)高、化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率高、光學(xué)透明性范圍寬(0.23～8.0 μm)等優(yōu)點(diǎn)，特別是在紅外區(qū)域，具有80%以上的理論透過(guò)率；其聲子能量低，易實(shí)現(xiàn)稀土離子的摻雜改性，一定程度上可以抑制無(wú)輻射躍遷，提高輻射躍遷的幾率，從而提高發(fā)光量子效率，是作為固體激光介質(zhì)材料的重要基質(zhì)材料。

Y₂O₃的熔融溫度高達(dá)2430℃，在2280℃時(shí)還會(huì)發(fā)生立方相向六方相的多晶相變，因此采用傳統(tǒng)提拉法很難生長(zhǎng)Y₂O₃單晶。采用傳統(tǒng)陶瓷工藝，可以在遠(yuǎn)低于Y₂O₃熔點(diǎn)的溫度下制備透明陶瓷，節(jié)省生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，更重要的是陶瓷制備工藝容易實(shí)現(xiàn)激活離子的高摻雜，可以極大的提高激光輸出功率，從而使高熔點(diǎn)氧化物用作光學(xué)介質(zhì)和激光介質(zhì)成為可能。氧化釔透明陶瓷的燒結(jié)溫度一般在2000℃以上，采用真空燒結(jié)和納米粉體制備技術(shù)后，燒結(jié)溫度降到1700℃，比它的熔融溫度低700℃。陶瓷材料是多晶體，其晶界、氣孔和晶格的不完整性等都會(huì)增加光的散射損失造成材料的不透明性，對(duì)于Y₂O₃基透明陶瓷的研究發(fā)現(xiàn)，La³⁺和Zr⁴⁺的摻雜能有效改善Y₂O₃基透明陶瓷的燒結(jié)性能，提高Y₂O₃基陶瓷的致密度，從而提高其透過(guò)率。

稀土摻雜的Y₂O₃基透明陶瓷的激光性能已經(jīng)得到廣泛研究，如Lu等制備出摻雜濃度為1.5 at%的Nd:Y₂O₃透明陶瓷，以807 nm的LD為泵浦源，在742 mW的泵浦功率下，獲得了160 mW的激光輸出。Akira首先報(bào)道了二極管抽運(yùn)的Yb:Y₂O₃飛秒陶瓷激光器，在吸收2.6 W的抽運(yùn)功率時(shí)，獲得中心波長(zhǎng)1076.5 nm、平均功率420 mW的激光輸出。Kong利用Yb:Y₂O₃陶瓷激光器，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)1078 nm、最高功率4.2 W的激光輸出。為進(jìn)一步提高Y₂O₃透明陶瓷的燒結(jié)性能以及發(fā)光性能，上海大學(xué)楊秋紅課題組以La₂O₃為燒結(jié)助劑，采用低溫?zé)Y(jié)方法在無(wú)壓還原氣氛下制備出透明性良好的氧化鑭釔激光陶瓷，發(fā)現(xiàn)添加的La₂O₃有效改善了Y₂O₃透明陶瓷的燒結(jié)性能，并具有良好的激光光譜性能。美國(guó)軍方實(shí)驗(yàn)室首次報(bào)道了在Er³⁺:Y₂O₃透明陶瓷中獲得2.71 μm的中紅外激光輸出，室溫下最大輸出功率380 mW。