Nd∶Lu_2O_3纳米陶瓷的制备和EXAFS研究

通过氨水加碳酸氢铵复合沉淀剂合成了Nd3+掺杂的氧化镥纳米晶粉体。经马弗炉900℃煅烧2 h,获得了分散性好、晶粒尺寸约为40 nm的高质量的Nd∶Lu2O3纳米晶粉体。采用无压流动H2气氛对所得素坯进行两步烧结致密化(T1=1720℃,T2=1620℃)获得了半透明的纳米Lu2O3陶瓷。荧光光谱表明在808 nm波长激发下,纳米陶瓷发光强度明显超过微米级陶瓷。同步辐射研究表明,随着晶粒尺寸减小,纳米陶瓷中Nd原子的局域环境混乱度增大,无序度相对变大。在Nd掺杂浓度相同情况下,对同一光子能量的X射线吸收系数纳米陶瓷小于微米级陶瓷。

不同沉淀剂对Nd^(3+)∶Lu_2O_3纳米粉体性能的影响

采用湿化学共沉淀法合成了Nd3+掺杂的氧化镥纳米晶粉体,研究了三种不同沉淀剂(NH4OH、NH4HCO3、NH4OH+NH4HCO3)对Nd3+∶Lu2O3纳米晶粉体性能的影响.采用NH4OH+NH4HCO3混合溶液作复合沉淀剂所得粉体具有比表面积高(13.37m2/g)、颗粒尺寸小(～30nm)、粒度分布窄(60～160nm)的优点.该粉体经过干压和等静压成型后,素坯从室温至1400℃获得的线性收缩率可达17%,其烧结活性明显高于其它两种沉淀剂所得的粉体.在流动H2气氛下,经1880℃/8h烧结可获得具有优良光学透明性的Nd3+∶Lu2O3透明陶瓷,在1080nm波长处的直线透过率超过75%.

“体积补偿”掺杂的Lu_αNd_βY_(1-α-β)AlO_3晶体生长与表征的研究

根据“体积补偿”(VC)公式计算了Lu_αNd_βY_(1-α-β)Alo_3晶体中掺质离子Lu^(3+)和Nd^(2+)的质佳浓度比(μ/β)。生长了各种不同的α和β值的Lu_αNd_βY_(1-α-β)AlO_3[(简称(Lu^(3-),Nd^(3+)):yAlO_3]单晶,并对它们的晶格参数、光学均匀性、散射颗粒密度、光谱特性及激光性能做了测了测量和比较。发现了用“VC”掺杂的Lu_αNd_βY_(1-α-β)AlO_3晶体的光学质量得到了改善。

固体激光用Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷的制备和光学性能研究

Nd:Lu_(2)O_(3)材料由于具有高热导率、低声子能量和优异的光学特性而成为非常有前景的高功率固体激光器用的增益介质。但Lu_(2)O_(3)单晶的熔点超过2400℃,难以生长,而Lu_(2)O_(3)陶瓷既能在低温下制备,又具有与晶体相当的光学性质和激光性能从而备受关注。本研究制备了高透明的Nd:Lu_(2)O_(3)陶瓷并对其光学性质和激光性能进行探究。以共沉淀法制备的纳米粉体为原料,采用真空烧结结合热等静压(HIP)两步烧结法制备了1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷。对制备的粉体、素坯和陶瓷的微结构进行了表征:HIP后处理的陶瓷平均晶粒尺寸是724.2nm。厚度为1.0mm的1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷在1100 nm处的直线透过率是82.4%,样品在806 nm处的吸收截面为1.50×10^(-20)cm^(2),而根据荧光光谱计算得到的发射截面为6.5×10^(–20)cm^(2)。分别在878.8和895.6 nm波长激发下,1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷(4)^F3/2→(4)^I11/2跃迁的平均荧光寿命均为169ms。当输出耦合镜的透过率TOC=2.0%时,退火后的1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷获得了最大输出功率为0.47 W的准连续(QCW)激光输出,斜率效率为8.7%。本研究成功制备了显微结构均匀、高透明度的1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)陶瓷,并展示了其在固体激光增益介质领域的广阔应用潜力。

YAlO_3:(Nd^(3+),Lu_(3+))单晶的各向异性吸收光谱

在室温下测量了ＹＡｌＯ３：（Ｎｄ３＋，Ｌｕ３＋）单晶三个晶轴方向的吸收光谱。其吸收谱带强度明显呈各向异性。将Ｊｕｄｄ－Ｏｆｅｌｔ理论加以修正，并扩展应用于处理各晶轴方向的吸收光谱。计算出相应于三个晶轴方向的各光谱带吸收截面和电偶极振子强度，求得三组跃迁强度唯象参数Ωｔ。

Lu_2O_3纳米粉体和透明陶瓷中掺杂Nd^(3+)的局域结构研究

利用扩展X射线吸收精细结构光谱(EXAFS)研究了不同掺杂浓度Nd3+∶Lu2O3纳米粉体和透明陶瓷中Nd3+的局域结构.结果表明,在不同条件下Nd3+均以固溶取代Lu3+的方式进入Lu2O3基质晶格,掺杂Nd3+原子的第一配位键长约为0.225 nm,小于Nd2O3纳米粉中Nd—O第一近邻键长0.251 nm,而大于Lu2O3中Lu—O第一近邻键长0.221 nm.在Lu2O3晶格中掺杂Nd离子的局域环境与基质晶体场、掺杂浓度以及材料聚集状态密切相关,随着Nd掺杂量从0.5%提高至3%,纳米粉体无序度由5.6×10-4nm2升高到8.5×10-4nm2,Nd3+∶Lu2O3纳米粉体中Nd3+的第一近邻Nd—O键长、配位数和无序度因子均比透明陶瓷的大.