[发明专利]含镧系稀土和钪的YVO4透明激光陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明激光陶瓷材料，特别是含镧系稀土和钪的YVO₄透明激 光陶瓷的制备方法，属于材冶技术领域。

背景技术

激光透明陶瓷材料是新一代固态激光器的重要原材料，对发展大功率、小 体积等激光技术有重要影响，相关技术可应用于导航、精密测量、制造业、医 疗卫生领域等。透明激光陶瓷技术的掌握最初是日本，代表性专利有 JP05-286761，JP05-286762，JP05-294722，JP05-294273，JP294722等，随后美 国，德国，英国，法国等都相继跟进研究出了相应的透明激光陶瓷，我国起步 较早的是中科院上海硅酸盐研究所，以及上海光机所等单位，代表性的成果为 掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)，及其它透明陶瓷的还有单掺杂或双掺杂的YAG， Y₂O₃等透明陶瓷，专利申请号如200710045226.3，200510027208.3， 200510026474.4，200710055449.8，200810105499.7等，鉴于激光透明陶瓷的重 要性，已被列入国家自然科学基金2009年重大科技项目。

传统激光单晶制备工序复杂，周期长，尺寸小，价格昂贵，且掺杂的稀土离 子浓度非常有限，而随着单晶的生长出现浓度不均匀现象等，这些缺点在一定程 度上影响了固态激光器的整体性能。因此，当用单晶材料制作较大功率的激光器 时，存在的缺点成为巨大的瓶颈。公知的最广泛使用的透明激光陶瓷是Nd:YAG 系列，事实上掺钕钒酸钇(Nd:YVO₄)也是一种性能优良的激光基质晶体，适于制 作激光二极管(LD)泵浦的全固态激光器。该材料具有低激光阈值，高斜率效率， 大的受激发射截面，在很宽的波长范围对泵浦光有很大的吸收，而调单模，有高 抗光伤能力，和KTP晶体的组合可以制作高功率稳定的红外、绿光或红光激光器。 现在Nd:YVO₄激光器已在机械、材料加工、波谱学、晶片检验、显示器、医学检 测、激光印刷、数据存储等多个领域得到广泛的应用。

事实上钕作为一种镧系元素在晶体材料中提供受激源，通过其f壳层电子结 构的能级间跃迁而发射光谱，公知的领域普遍认为镧系金属元素性质相近，并且 都具有相近的最外层电子结构，即如果环境适宜大部分可以在受激情况下发射激 光。而YVO₄为一种四方结构相，是一种比氧化钇(Y₂O₃)和氧化钒(V₂O₅)更 稳定的复杂氧化物；钪元素在性质方面与金属钇相近，而氧化钪是具有稀土倍半 氧化物的立方结构，熔点2403℃±20℃，通常可用作半导体镀层的蒸镀材料，可 制作变波长的固态激光器和高清晰度的电视电子枪、金属卤化物灯等。

公知的掺钕钒酸钇(Nd:YVO₄)目前受到来自Nd:YAG透明陶瓷的竞争压力， 陶瓷烧结法使Nd:YAG的掺杂浓度大于6％原子浓度，因而使其吸收长度能与 Nd:YVO₄的单晶相媲美；另外的缺陷是Nd:YAG陶瓷的导热率明显高于 Nd:YVO₄，限制了Nd:YVO₄发挥其优良作用，为了进一步提升激光器材及单晶 材料的性能限制等问题，本发明针对以上提出制备透明Ln:Y(Sc)VO₄激光陶 瓷，通过与Y原子性质相近的Sc取代在YVO₄结构中的部分Y原子来提高材料 的导热性能，并采用镧系稀土离子的复杂电子结构来改善激光发射性能，拓宽 了激光发射波长，且有效提高了稀土离子的掺杂浓度，大大提高了材料制备的 性能和可操作性，降低了复杂的单晶拉伸制备过程，相关文献和专利数据调查 表明，目前世界范围内还很少有本专利提出的技术方案来制备Ln:Y(Sc)VO₄透明激光陶瓷材料的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含镧系稀土和钪的YVO₄透明激光 陶瓷的制备方法，可以制备较大尺寸的透明陶瓷，制造周期和成本较低，可以 方便地根据要求改变激光发射离子的种类，从而使材料的综合性能得到提高， 并可提高YVO₄系列陶瓷材料的导热性能。