[发明专利]铒钠共掺氟化钙透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Er³⁺和Na⁺共掺CaF₂透明陶瓷及其制备方法，该Er³⁺，Na⁺:CaF₂透明陶瓷的荧光寿命高于单掺Er³⁺:CaF₂透明陶瓷，属于激光透明陶瓷制备技术领域。

背景技术

Er³⁺掺杂的激光材料在处于人眼安全范围的1.5μm和2.9μm两个波段均具有发光通道，该波段的激光可以非常广泛地应用于光通信、医疗、激光探测和测距等领域。另外，Er³⁺离子的某些激光波段，在高浓度掺杂下存在交叉驰豫现象，特别适合激光泵浦，即合作上转换泵浦，是一种具有广阔应用前景的上转换材料。 

基质材料对体系的光学性能的影响至关重大，CaF₂晶体材料是目前已知综合性能最优异的基质材料，与氧化物相比具有众多的优异性能：非常宽的透射波长范围，覆盖紫外到中红外的区域；低的声子能量可以大大降低因多声子弛豫引起的无辐射跃迁概率，使得激活离子在基质中具有更高的发光量子效率，适合作为稀土掺杂氟化物基质材料，发挥稀土金属良好的光学性能。稀土掺杂CaF₂单晶激光材料的研究已经获得了可喜的成果，2008年报道的Yb³⁺:CaF₂激光器，在64W激光二激光管（LD）的抽运下，实现了平均输出功率10.2W，斜率效率为21.6%的连续激光输出（参见文献Boudeile, J.; Didierjean, J.; Camy, P.; Doualan, J. L.; Benayad, A.; Múnard, V.; Moncorgú, R.; Druon, F.; Balembois, F.; Georges, P., Thermal behaviour of ytterbium-doped fluorite crystals under high power pumping. Opt. Express 2008, 16, 10098-10109.）；2009年柴路等人成功制备了Yb、Na共掺CaF₂连续激光器，当吸收抽运功率18.2W时获得14.5W的最高功率连续激光输出，相应的斜率效率为80%（参见文献柴路; 葛文琦; 闫杰; 胡明列; 王清月; 苏良碧; 李红军; 郑丽和; 徐军, 高功率激光二极管抽运的镱钠共掺氟化钙连续激光器. 中国激光 2009, 36, 1700.）。

稀土掺杂CaF₂单晶的广泛研究把稀土掺杂CaF₂透明陶瓷的研究推向了热潮。相对于晶体而言，透明陶瓷可以实现激活离子的高浓度掺杂，产品尺寸形貌易控制，烧结温度低，生产周期大大缩短，从而降低成本易于大规模生产。 但是，陶瓷中存在晶界、气孔、成分梯度及晶格的不完整等因素使得材料的光散射损失增加、透光性降低，所以关于掺杂CaF₂透明陶瓷的报道很少，2006年Bensalah, A等报道了用反相微乳液法合成了平均粒径为20nm的CaF₂纳米粉体，为下一步的陶瓷烧结奠基了基础（参见文献Bensalah, A.; Mortier,M.; Patriarche, G.; Gredin, P.; Vivien, D., Synthesis and optical characterizations of undoped and rare-earth-doped CaF₂ nanoparticles. J. Solid State Chem. 2006, 179, 2636-2644.），2009 Aubry, P 等人成功制备了Yb:CaF₂透明陶瓷，并对其光学性能进行表征（参见文献 Aubry, P.; Bensalah, A.; Gredin, P.; Patriarche, G.; Vivien, D.; Mortier, M., Synthesis and optical characterizations of Yb-doped CaF₂ ceramics. Opt. Mater. 2009, 31, 750-753.）。