[发明专利]Tm3+、Yb3+共掺氧化镧钇透明陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及Tm³⁺、Yb³⁺共掺氧化镧钇透明陶瓷材料的制备方法，其属特种陶瓷制造工艺技术领域。

背景技术

2μm波段激光在很多方面得到了应用，2μm波段激光的大气传输特性好，对战场烟雾穿透能力强，对人眼安全，另外激光雷达在军事上也占有很重要的地位。2μm波段激光还可以用作医用手术刀，做浅表性手术（不会伤及深层），确保手术安全。

Y₂O₃作为基质材料，其热导率高，是YAG的两倍多，其声子能量比YAG低，是一种优良的固体激光基质材料。但由于Y₂O₃的熔点高达2430℃，且在2280℃附近会发生立方相向六方相的多晶相变，因而难以生长出大尺寸和高光学质量的Y₂O₃晶体。随着陶瓷制备技术及纳米制粉技术的发展，Y₂O₃透明陶瓷的烧结温度可降低为1700℃左右。La₂O₃作为烧结助剂添加到Y₂O₃粉体中，可以促进晶界的移动，加速气孔排除，促进Y₂O₃陶瓷烧结，透明陶瓷的烧结温度可以降到1450–1650℃。

稀土离子Tm³⁺的³F₄→³H₆能级跃迁是获得2μm波段发光的主要途径。Tm³⁺离子具有小的受激发射截面，但因其能级激发过程中的交叉弛豫过程，使得Tm³⁺离子内量子效率达到2，因此其发光强度不亚于已经报道的激光发射强度。Yb³⁺离子具有两个能级结构：²F_5/2激发态和²F_7/2基态。这使得Yb³⁺离子具有低的能量量子缺陷和热负荷。因此在光子的跃迁过程中，Yb³⁺离子单掺杂材料基本不存在激发态吸收，交叉弛豫，上转换和浓度猝灭现象。Yb³⁺离子高掺杂晶体材料很难制得，但利用传统的陶瓷制作方法，可以实现Yb³⁺离子高浓度掺杂。

Yb³⁺、Tm³⁺离子共掺激光材料中，Yb³⁺离子作为敏化剂在波长980nm附近具有宽的吸收带，在中红外波段具有宽的发射带，和高的能量储存寿命。在980nm激光泵浦下Yb³⁺首先吸收一个980nm光子产生²F_7/2→²F_5/2的跃迁，²F_5/2能级与Tm³⁺的³H₅能级离得很近(约2000cm^-1)，通过非共振能量传递将Tm³⁺由基态³H₆抽运至³H₅能级，而³F₄能级离³H₅能级也很近(约2500cm^-1)，进而从³H₅能级通过非辐射跃迁弛豫到³F₄能级。利用Tm³⁺离子在³F₄→³H₆能级上的跃迁，从而获得2μm波长的激光输出。Tm³⁺、Yb³⁺共掺氧化镧钇激光透明陶瓷，有望成为一种具有发展潜力的2μm激光工作介质材料。

发明内容