[发明专利]具有高受激发射截面的掺钕氟化钇纳米晶透明玻璃陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光材料领域，尤其是涉及一种具有高受激发射截面的掺钕玻璃陶瓷及其制备工艺。

背景技术

目前常用的固体激光材料一般是晶体或玻璃。激光晶体光谱性能较优，缺点是制备难度较大、成本高；与激光晶体相比，玻璃材料容易制备，成本低廉，但由于其光谱线较宽、发射和吸收截面小、激光起振阈值高，一般情况下输出效率低。玻璃陶瓷是玻璃相通过部分晶化而得，通过控制晶化使晶粒尺度在30nm以下且均匀分布于玻璃基体中，可得到透明的玻璃陶瓷。在氧化物玻璃基体中含氟化物晶相的透明玻璃陶瓷是一种新型激光材料，在光通讯、光信息领域具有极大的应用前景。到目前为止，国际上已报道的掺钕含氟化物晶相玻璃陶瓷，其¹F_3/2→¹I_11/2跃迁的受激发射截面最高为6.88×10^-20cm²，相应的材料组分为SiO₂-Al₂O₃-PbF₂-CdF₂-YF₃[参考M.Abril et al，J.Appl.Phys.95，5271(2004)]。但是，该类材料由于含有有毒的氟化铅和氟化镉而降低了其工业应用价值。本发明提出一种新的掺钕含氟化钇纳米晶的玻璃陶瓷及其制备工艺，通过调整材料组分，可使材料的⁴F_3/2→⁴I_11/2跃迁具有很高的受激发射截面，作为1.06微米发射的固体激光材料极具应用前景。

发明内容

本发明提出一种掺钕含氟化钇纳米晶透明玻璃陶瓷的组分及其制备工艺，目的在于制备出结构稳定、受激发射截面高的固体激光材料。

本发明的透明玻璃陶瓷组分为(摩尔比)：44SiO₂-28Al₂O₃-xYF₃-yLiF-zNdF₃(x＝13～18，z＝0.01～2.0，y＝(28-x-z))。

本发明采用如下制备工艺：将粉体原料按照一定组分配比研磨均匀后置于坩埚中，于电阻炉中加热到1300-1500℃后保温1-5小时，然后，将玻璃熔液快速倒入300℃预热的铜模中成形；将获得的玻璃放入电阻炉中退火以消除内应力；退火后的玻璃继续在550-750℃加热保温1-10小时使之发生部分晶化，得到蓝色的透明玻璃陶瓷。

采用以上前驱玻璃组分和制备工艺，成功获得在氧化物玻璃基体中含均匀分布的掺钕氧化钇纳米晶的玻璃陶瓷。在玻璃陶瓷的室温荧光发射谱上，对应于⁴F_3/2→¹I₁(J＝9/2，11/2，13/2)跃迁的发射峰出现明显的斯塔克分裂，如附图所示。材料的发光性能与其组分密切相关，通过调整组分，⁴F_3/2→¹I_11/2跃迁的受激发射截面可高达15.53×10^-20cm²，大大高于目前已获应用的掺钕激光玻璃(其¹F_3/2→¹I_11/2跃迁的发射截面在2.7-4.3×10²⁰cm²范围)。

本发明的玻璃陶瓷制备工艺简单、设备要求不高、成本低廉、易得到异型材料，结构稳定且可获得很高的受激发射截面，将可能开发成为一种新型的1.06微米发射固体激光材料。

附图说明

附图为玻璃陶瓷⁴F_3/2→⁴I₁跃迁的室温荧光发射谱。

具体实例方式