[发明专利]Er,Yb双掺杂YAG多晶透明陶瓷材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种高透光性Er和Yb双掺杂YAG(Er，Yb:YAG)多晶透明陶瓷材料的制备方法，属于光学陶瓷材料制备技术领域。

背景技术

1.5-1.65μm波段的激光是大气传输窗口，且是人眼安全波长，不易伤害视网膜，可以应用在测量，通讯，遥感等领域，例如测距仪。

Er³⁺离子中的⁴I_13/2态和⁴I_15/2基态能级之间的跃迁可以实现1.5-1.65μm的激光输出。但Er³⁺本身的三能级特性和对抽运光的吸收系数较小，导致Er³⁺离子的激光输出效率非常低。为了提高材料对抽运源吸收系数和激光输出效率，采取对Er³⁺离子进行敏化的方法很有必要。Yb³⁺离子对0.94μm波长左右的抽运光的吸收较强，并且Yb³⁺(²F_5/2)的发射带和Er³⁺(⁴I_11/2)的吸收带有较大的重叠，电子在这两个能级之间迁移的几率较大。因此采用Yb，Er双掺杂的方法对Er离子进行敏化是一种有效提高Er激光输出效率的方法。

2005年，Georgiou等使用二极管阵列抽运5at.％Yb，1at.％Er:YAG单晶，在1.65μm波长处输出的脉冲能量为80mJ，斜率效率达3.4％，首次在晶体中获得和磷酸盐玻璃相当的输出效率和脉冲能量。但单晶存在生长周期较长，成分易偏析，不易大尺寸化制备等缺陷，这些都极大地限制了单晶激光材料的应用。

近年来，随着制备工艺的突破，多晶陶瓷作为激光增益介质不仅具有与单晶相比拟的光学质量、物理化学性能和光谱、激光特性，而且具有显著的制备优势：(1)可制备大尺寸块体，且形状容易控制；(2)可掺杂浓度高、光学均匀性好；(3)烧结温度相对较低，制备周期短，生产成本低，能够大规模生产。透明陶瓷同玻璃基质相比，具有如下材料优点：(1)热导率高，是玻璃材料的数倍，有利于降低热效应；(2)陶瓷的熔点远高于玻璃的软化点，能够承受更高的辐射功率；(3)陶瓷激光器输出激光的单色性比玻璃激光器好；

从激光陶瓷的制备来看，目前商业化激光陶瓷已经出现，而且其气孔率、均匀性和内部散射损耗等性能已经赶上或者优于同种化学组分的单晶商品。2004年，Lu Jianren等对陶瓷与单晶进行了对比：采用Nd:YAG单晶得到了最大功率103瓦，斜率效率38％的1064nm激光输出，而采用相同浓度的Nd:YAG陶瓷则得到了最大功率110瓦，斜率效率41％的1064nm激光输出，由此可见，陶瓷材料的激光性能甚至可以超过单晶。不仅如此，陶瓷材料的掺杂种类(多种激活离子和基质)及掺杂形态也大大丰富，复合结构和多功能材料层出不穷。

由此可见，Er，Yb:YAG透明陶瓷是一种很有前景的光学材料。但采用Er，Yb:YAG透明陶瓷作为基质的激光实验一直未见报道。主要是由于Er，Yb:YAG透明陶瓷的光学性能未达到激光实验的要求。透过率大于80％的Er，Yb:YAG透明陶瓷一直未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高透光性Er，Yb:YAG透明陶瓷材料及制备方法。所述的透明陶瓷的相成分为Er_aYb_bY_(3-a-b)Al₅O₁₂，其中，0.6≥a≥0.015，1.5≥b≥0.03，即Er离子浓度为0.5～20at.％，Yb离子浓度为1～50at.％。制备过程首先将氧化铒粉体Er₂O₃，氧化镱粉体Yb₂O₃，氧化钇粉体Y₂O₃和氧化铝粉体Al₂O₃按照制备Er，Yb:YAG所需的质量称量，加入合适比例的无水乙醇、氧化铝磨球、烧结助剂正硅酸已酯(TEOS)球磨混合均匀，干燥过筛后煅烧，然后干压成型，再经过冷等静压得到素坯。素坯在1700～1870℃保温5h～50h得到透明陶瓷。

本发明提供的高透光性Er，Yb:YAG透明陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体步骤是：