[发明专利]Nd3+掺杂(Y1-xScx)2O3激光透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料及其制备工艺，特别是涉及一种固体激光陶瓷材料及其制备工艺，应用于激光增益介质和特种陶瓷制造工艺技术领域。

背景技术

自脉冲激光器问世以来，超短脉冲激光在超快物理、生物、化学等领域发挥着越来越重要的作用。钛宝石（Ti:Al₂O₃）激光器是目前可以获得最短脉冲、使用最多的超快激光装置。然而其所用的泵浦源具有体积大、电效率低、价格昂贵等缺点，限制了它作为商用飞秒激光器向便携式、低成本方向的发展。高功率二极管半导体激光器（LD）的飞速发展给掺Yb³⁺激光材料在飞秒激光领域的应用提供了便利的泵浦源，然而Yb³⁺掺杂的激光增益介质是三能级系统，三能级系统的阈值较高，不容易实现激光振荡。Nd³⁺是较早被人们研究的一种稀土离子，Nd³⁺掺杂的激光增益介质是四能级系统，具有阈值低、量子效率高、受激辐射面大，易实现激光振荡。因此，对Nd³⁺掺杂的激光增益介质的开发和研究具有重要意义。

其中立方结构Sc₂O₃具有优异的化学、光学及机械性能，是一种优异的掺Nd³⁺激光基质材料。该材料的热导率很高，达到16.5W/mK，适于高功率激光输出，因此在高功率超短脉冲激光等方面具有诱人的应用前景。根据锁模原理，只有宽的发射带宽才能获得超短的脉冲宽度，但Nd:Sc₂O₃的发射带宽仍显不够。如果要实现更短的脉冲激光输出，就必须增大其带宽。通过将Nd:Sc₂O₃与其他Nd³⁺掺杂倍半氧化物复合，可实现两种材料发射峰的叠加，获得更宽的发射带宽，有利于超短锁模激光脉冲的实现。相图显示Y₂O₃与Sc₂O₃可按任意比例固溶，形成立方相固溶体。该材料具有与LuScO₃相似的无序结构，可实现掺杂离子发射峰的非均匀展宽。这一现象已在Nd:YScO₃和Er:YScO₃单晶中得到了证实。然而目前这方面的研究仅停留在YScO₃单晶材料，尚无相关陶瓷材料的报道。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种Nd³⁺掺杂(Y_1-xSc_x)₂O₃激光透明陶瓷及其制备方法，所制备的透明陶瓷材料具有较宽的发射带宽，与现有Y₂O₃-Sc₂O₃体系单晶相比，制备工艺简单，制造成本低，有利于工业规模化生产，能用于超短锁模脉冲激光器，适于实现超短锁模激光脉冲输出，扩充了该领域固体激光材料的种类。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种Nd³⁺掺杂(Y_1-xSc_x)₂O₃激光透明陶瓷，以Y₂O₃和Sc₂O₃为基体材料，以Nd₂O₃为掺杂材料，制成Nd³⁺掺杂的Y₂O₃-Sc₂O₃体系透明陶瓷复合材料，按不同氧化物组分占透明陶瓷复合材料的物质摩尔量摩尔百分比来计算，各氧化物组分配比如下：Nd₂O₃为1.0 at.%、Y₂O₃为0~99 at.%、Sc₂O₃为0~99 at.%。

本发明还提供一种Nd³⁺掺杂(Y_1-xSc_x)₂O₃激光透明陶瓷的制备方法，包括以下步骤：