固相反应法制备高浓度掺杂Nd:YAG激光透明陶瓷及其性能

用固相反应和真空烧结技术,成功制备了高质量的4.0%(摩尔分数)Nd:YAG透明陶瓷,并对样品的显微结构、光学透过率、光谱性能和激光性能进行了表征。结果表明:样品的平均晶粒尺寸约为10μm;样品(厚度为2.8mm)在1064nm处的透过率高达79.5%;主吸收峰位于807nm处,峰值吸收系数为13.9cm–1,激光波长1064nm处的吸收系数为0.2cm–1;主荧光发射峰位于1064nm处,荧光寿命为102μs。用激光二极管(808nm)端面泵浦Nd:YAG陶瓷样品(泵浦源最大输出功率为1000mW),获得了波长为1064nm的连续激光输出,输出功率17mW(最大泵浦吸收功率为998mW),斜率效率为6.1%,激光阈值约733mW。

钇铝石榴石(YAG)激光透明陶瓷研究进展

钇铝石榴石(YAG)激光透明陶瓷由于具有单晶、玻璃激光材料无可比拟的优势而成为研究热点,并得到迅速发展,高性能的稀土元素掺杂YAG透明激光陶瓷被相继报导。本文综述了近年来国内外关于YAG激光透明陶瓷的最新研究成果,主要包括YAG微细粉体合成、烧结添加剂及多晶YAG透明陶瓷的致密化烧结技术,并对比了YAG透明陶瓷相对于YAG单晶的优势,最后对YAG激光陶瓷的应用进行了展望。

我国掺钕氧化镧钇激光透明陶瓷实现激光输出

正值国庆60周年举国欢庆之际，上海大学杨秋红激光透明陶瓷课题组在氧化镧钇激光透明陶瓷研究上又取得重大突破：掺钕氧化镧钇激光透明陶瓷实现激光输出。

激光透明陶瓷研究的历史与最新进展

由于透明陶瓷具有许多比单晶优越的性能,因此透明多晶陶瓷激光器成为近年来二极管泵浦固态激光器领域的研究焦点。目前,在Nd:YAG陶瓷激光器中,已获得高于1kW的高激光输出功率和高于65%的斜率效率,在Yb掺杂的倍半氧化物陶瓷激光器中,实现了二极管泵浦的超快飞秒锁模激光输出以及82.4%的所有陶瓷激光器中最高的斜率效率。报道了中国近来在Nd:YAG和Yb/Nd掺杂的氧化镧钇透明陶瓷方面的研究进展,由中国科学院上海硅酸盐研究所制备的Nd:YAG陶瓷激光器最大激光输出斜率效率为23.2%,由上海大学制备的一种新的Yb:Y1.8La0.2O3陶瓷激光器最大激光输出斜率效率达到52%。

La2O3对Yb^3＋掺杂的氧化钇透明激光陶瓷性能的影响

本文研究了La2O3的含量对(Yb0.05Y0.95)2O3透明激光陶瓷的结构性能和烧结性能的影响。结果表明:随着La2O3含量的增加,拉曼光谱特征峰发生红移,声子能量降低,半高宽增大,相对强度先增大后减小;同时密度、相对密度和透过率都增大,陶瓷的晶粒减小,而当La2O3含量继续增加时,晶粒基本保持不变。但适量的La2O3掺杂量对(Yb0.05Y0.95)2O3透明激光陶瓷的发射性能影响不大。最合适的La2O3添加量为10at%,最合适的烧结温度为1700℃,最后样品的直线透过率可达到75%。

Nd∶Y_3Al_5O_(12)透明激光陶瓷的光学性能

采用固相合成法制备了Nd∶Y3Al5O12(Nd∶YAG)透明激光陶瓷。用V型棱镜法测量了Nd∶YAG陶瓷的折射率。用干涉仪测量了陶瓷的光学均匀性。测试了Nd∶YAG透明陶瓷的透过光谱、吸收光谱和荧光光谱,在1064 nm的直线透过率达到80%以上,并计算其吸收系数、吸收截面和发射截面。根据Judd-Ofelt理论,拟合出晶体场强度参数Ωt(t=2,4,6)为:Ω2=0.32×10-20cm2,Ω4=2.72×10-20cm2,Ω6=5.39×10-20cm2。荧光辐射寿命τrad为248.61μs,计算的荧光分支比β为:β1=34.613%,β2=52.814%,β3=10.697%,β4=0.621%。并将Nd∶YAG陶瓷的吸收光谱、荧光光谱与Nd∶YAG单晶进行了对比。

Nd:Y_(2)O_(3)透明陶瓷4F3/2-4I11/2跃迁光谱及高效激光输出

报道了采用真空烧结法结合热等静压技术制备的Nd:Y_(2)O_(3)透明陶瓷的荧光光谱特性及相关激光输出。通过与Nd:YAG透明陶瓷的荧光光谱对比,表明Nd:Y_(2)O_(3)透明陶瓷的^(4)F_(3/2)-^(4)I_(11/2)跃迁光谱存在着多个增益相当的谱线,这更有利于实现同时双波长段激光振荡;不同斯塔克子跃迁光谱的离散特性有利于通过腔镜镀膜控制不同波长损耗,获得丰富的1.0~1.1μm波段激光。利用简单的平平两镜腔结构完成进一步的实验,通过选择的输出镜片镀膜获得了输出功率3.62 W、转换效率40.4%的1 074.6 nm和1 078.8 nm的双波长输出和输出功率1.7 W、转换效率19.4%的1 130.3 nm波长输出。

钇铝石榴石(YAG)透明激光陶瓷的研究进展

透明陶瓷的制备技术不断成熟,其中部分透明陶瓷可用作激光放大介质,即透明激光陶瓷。透明激光陶瓷材料具有传统玻璃和单晶激光材料无法比拟的材料性能和光学特性,稀土离子掺杂的钇铝石榴石(YAG)多晶透明陶瓷是目前应用范围最广的固体激光材料之一。回顾了透明陶瓷的发展史,并以YAG透明陶瓷为例,介绍了透明陶瓷的应用领域、研究概况、制备工艺及目前面临的技术难题。

透明陶瓷透光性能的影响因素

研究了影响激光透明陶瓷透光性能的主要因素,讨论了陶瓷内部气孔和杂质颗粒等散射粒子、晶界结构中晶界折射率与晶粒折射率的差异以及晶界表面粗糙度等因素对陶瓷透光性能的影响,并定量分析了激光陶瓷透过率随气孔尺寸、气孔率、晶粒相对晶界折射率以及晶界表面粗糙度的变化关系。结果表明:陶瓷的透过率随着气孔率的减小而增大,但透过率随气孔尺寸的增大而呈现出周期性振荡,且当气孔尺寸与入射光波长可比拟时,陶瓷的透过率会明显降低;在晶界结构中,晶界的折射率与晶粒的折射率相差越小,陶瓷的透过率就越高;晶界表面粗糙度越大,透过率越低。然而,晶界折射率不同于晶粒折射率,这使得其陶瓷透过率降低的程度比对晶界表面粗糙度的影响明显得多。在陶瓷制备过程中,需要重点排除尺寸与入射波长可比拟的气孔,以抑制晶界结构中第二相的产生。

YAG陶瓷激光器的研究进展

激光透明陶瓷具有良好的材料和光学特性,并且具有较大的制备优势,是有着较好前景的激光材料。与之相对应,陶瓷激光器近年来引起了人们的广泛关注。主要综述了国内外YAG陶瓷激光器的进展。陶瓷激光器的发展虽然只有短短十几年的时间,但是发展迅速;随着制备工艺的进一步发展,陶瓷激光器将可能有更好的发展前景。

碳酸盐沉淀法合成Nd^(3+):Y_2O_3激光陶瓷纳米粉体

以Y2O3粗粉、Nd2O3、硝酸和NH4HCO3为原料,通过共沉淀法制备了Nd3+:Y2O3透明激光陶瓷纳米粉体,并采用TG/DTA、XRD、FTIR、TEM以及EDS等测试方法对粉体性能进行了表征。结果表明,在先驱物中添加适量SO42-离子能减轻煅烧得到的Nd3+:Y2O3粉体的团聚,使粉体粒度均匀并呈球形分布。在1100℃煅烧4h所得粉体粒度均匀,粒径在50～70nm之间,具有较好的分散性,适合作为制备透明激光陶瓷的粉体材料。

微波烧结Nd：YAG透明陶瓷及工艺研究

采用溶胶凝胶法和微波烧结工艺制备掺杂钕离子浓度为1.0%（分子百分数）的Nd：YAG透明陶瓷。研究前驱粉体煅烧制度对粉体的纯度、粒度和晶相生成的影响,同时探索微波烧结法制备Nd：YAG陶瓷的工艺方法。结果表明,溶胶凝胶法制得的Nd：YAG粉体晶相转换温度低于固相合成法,900℃煅烧温度可完全形成YAG晶相。煅烧温度和升温速率都会影响粉体粒度。Nd：YAG透明陶瓷吸波性能较差,需使用优质保温材料,样品周围需用吸波性能较好的粉体包裹作为助烧剂。

尿素共沉淀法制备Yb:YAG透明激光陶瓷

用尿素做沉淀剂制备出性能良好的透明Yb:YAG陶瓷粉体,并应用DTA-TG、XRD、SEN、红外光谱等测试手段分析其粉体结构和形貌。结果表明在1200℃煅烧过程中,失重约40％,所得到的Yb:YAG粉末结晶性能良好,粒度在150-200nm之间。而且经烧结后的陶瓷断面气孔率低,多晶晶粒尺寸在1-2μm之间。1750℃烧结后得到透光度良好的YAG陶瓷体,样品(φ10mm×2mm)在可见光范围内的透过率约75％。

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涂料流行混搭秀与时装界的流行趋相吻合,混搭风格已经“入侵”到涂料涂刷方法里。总会有惊喜发现,原来借助简单的工具,就可以获得令人迷醉的视觉效果。很多厂商提供的家装产品其实还可以自己动手操作,别有趣味。

流延成型YAG/Yb:YAG/YAG多层复合陶瓷激光器

透明激光陶瓷比单晶材料在生产成本、坯体尺寸、掺杂浓度、工艺难度等方面具有明显优势，成为新型激光材料的研究热点。陶瓷激光器有望获得高功率输出，但陶瓷激光介质的热效应仍是制约输出功率的主要瓶颈。已有实验发现，