Yb:Sc2O3激光透明陶瓷的制备及其性能研究

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Yb∶Sc2O3晶体是一种十分有潜力的超强超快激光材料,但作为倍半氧化物的一种,Sc2O3的熔点大约在2430℃,超高的熔点使之单晶体生长困难,制备成本高,而透明陶瓷的制备优势恰好可以很好的克服这一点,因此制备高光学质量Yb∶Sc2O3激光透明陶瓷并研究其相关性能意义重大。   本文主要通过固相球磨商业粉体与液相法合成Yb∶Sc2O3纳米粉体,利用真空烧结制备Yb∶Sc2O3透明陶瓷,并对Yb∶Sc2O3激光透明陶瓷的光学性能展开研究。   固相法中,Yb∶Sc2O3透明陶瓷烧结助剂CaO以Ca(NO3)2溶于酒精的形式添加,取得了一定的效果,但样品的光学透过率仅为23%,仍然较低。透过率不高的主要原因在于固相球磨没有很好的实现商业粉体的分散破碎,粉体烧结活性不足。   液相法中,将碳酸氢铵与氨水混合液作为沉淀剂,合成出平均粒径大约为35nm,球形、颗粒均匀、分散性良好的Yb∶Sc2O3纳米粉体,陶瓷晶粒随着真空烧结温度的提高逐渐长大。在1700℃真空烧结20h制得的样品最高透过率为71.6%,陶瓷晶粒生长完全,晶粒间晶粒内都几乎看不到气孔存在,粒径大约为10μm,升高或降低烧结温度都会导致陶瓷晶粒内部或晶粒间出现气孔,气孔的存在是降低Yb∶Sc2O3透明陶瓷透过率的最重要原因。   光学性能研究中,Yb∶Sc2O3透明陶瓷具有宽的吸收带宽,使得其在LD泵浦时不需要特别精确的温度控制条件,利于Yb∶Sc2O3透明陶瓷的LD泵浦;Yb∶Sc2O3透明陶瓷具有宽的发射带宽,有利于其泵浦得到超强超快激光。由于强大的晶体场效应,使得Yb3+在Sc2O3透明陶瓷基质中的基态能级分裂远高于它在YAG之中,这说明粒子反转在Yb∶Sc2O3透明陶瓷更容易实现,以上结果均说明Yb∶Sc2O3透明陶瓷是一种非常有潜力的超短激光脉冲材料。
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