Yb∶CaF_(2)透明陶瓷的压力辅助烧结及其性能研究

本文采用化学共沉淀法合成了5%(原子数分数,下同)Yb∶CaF_(2)纳米粉体。经过冷冻干燥后,粉体的团聚程度有所减轻,粉体呈立方片层状,平均颗粒尺寸约为40 nm。以冷冻干燥后的粉体为原料,通过热压烧结结合热等静压(HIP)烧结后处理制备了高光学质量的5%Yb∶CaF_(2)透明陶瓷。分析了热压烧结过程中样品的致密化行为,并对陶瓷的显微结构、直线透过率、吸收光谱及激光性能进行测试与表征。结果表明,陶瓷坯体在热压烧结时的保温阶段存在致密化驱动力的激活阈值,同时HIP后处理能够进一步压缩和排除热压陶瓷内残留气孔,有效提高陶瓷的光学质量。通过热压烧结(625℃×2 h,50 MPa)结合HIP后处理(600℃×3 h,100 MPa Ar)制备的5%Yb∶CaF_(2)透明陶瓷在400和1200 nm处的直线透过率分别为72.6%和92.2%(厚度2 mm),其在976 nm处的吸收截面为0.52×10^(-20)cm^(2)。使用波长为930 nm的光纤耦合二极管激光器(LD)端面泵浦Yb∶CaF_(2)透明陶瓷,获得了最大输出功率为0.81 W、斜率效率为9.7%的准连续激光输出。

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。

共沉淀纳米粉体制备Yb:CaF2激光陶瓷及其性能研究（英文）

利用共沉淀法合成的粉体,通过真空烧结结合热压烧结后处理制备了掺镱的氟化钙透明陶瓷(Yb:CaF2)。在600℃预烧1 h,700℃热压烧结2 h制备的5at%Yb:CaF2透明陶瓷在1200 nm处的直线透射率达到92.0%。对陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能进行了测试和讨论。研究结果表明,陶瓷样品的显微结构均匀,平均晶粒尺寸为360 nm。此外,计算得到Yb:CaF2陶瓷在977nm处的吸收截面和1030nm处的发射截面分别为0.39×10–20和0.26×10–20cm2。最后,对Yb:CaF2陶瓷激光性能进行了表征,得到最大输出功率为0.9 W,最大斜率效率为23.6%。