[发明专利]用于激光的Er3+、Pr3+和Tm3+三掺氧化镧钇透明陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于中红外波段激光的Er³⁺、Pr³⁺和Tm³⁺三掺杂氧化镧钇透明陶瓷的制备方法，属特种陶瓷制造工艺技术领域。

背景技术

近年来，2~3μm激光材料受到国内外的高度重视。波长为2~3μm的中红外激光位于大气的传输窗口内，覆盖了许多重要气体分子的特征谱线，并且对人眼也极为安全，因此在军事、医疗、光通信、环境监测等领域都具有非常广阔的应用前景和重要的应用价值。其中掺Er³⁺激光材料作为一种优秀的中红外激光工作介质多年来一直受到人们的关注。Er³⁺离子的⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁对应于2.7μm，可利用980nm商用激光二极管（LD）泵浦实现2~3μm波段发光。然而Er³⁺的2.7μm激光下能级⁴I_13/2寿命较长，粒子数积聚多，不利于⁴I_11/2和⁴I_13/2能级之间的粒子数反转，限制了高效2.7μm激光的获得。同时由于Er³⁺在980nm附近的吸收截面小，而高掺杂又易引起浓度猝灭，也限制了其对LD泵浦光的有效吸收。

通过在掺Er³⁺激光材料中添加Pr³⁺、Tm³⁺等敏化离子，可利用Tm³⁺和Pr³⁺提高掺Er³⁺激光材料对泵浦光的吸收效率，并通过Pr³⁺、Tm³⁺与Er³⁺之间的能量传递机制加速Er³⁺的⁴I_13/2能级衰减，易于实现⁴I_11/2和⁴I_13/2能级之间的粒子数反转，从而获得2.7μm波长的激光输出。此外，Tm³⁺和Pr³⁺的掺入还可抑制Er³⁺的1.54μm发光，由于该波段发光会与2.7μm波段光产生能量争夺而不利于2.7μm激光效率的提高，因此，Er³⁺、Pr³⁺和Tm³⁺三掺与对实现高效的Er³⁺离子2.7μm激光、改善掺Er³⁺激光材料光谱性能，进而扩展其应用领域具有十分重要的实际意义。

立方Y₂O₃具有良好的热学、化学、光学性能和机械性能，是Er³⁺的理想掺杂基质，同时Y₂O₃还具有热导率高，声子能量低的优势。高的热导率有利于降低材料在激光运作时对冷却装置的要求，使激光器小型化；而低的声子能量则有助于降低无辐射跃迁几率，从而提高激光输出的量子效率。但由于Y₂O₃的熔点高达2430℃,且在2280℃附近会发生从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单晶。