[发明专利]一种锰酸镧陶瓷基光吸收体及其应用与制备方法

说明书

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种锰酸镧陶瓷基光吸收体，该光吸收体的应用，以及锰酸镧陶瓷基光吸收体的制备方法。该光吸收体包括陶瓷基体、抗激光损伤薄膜和纳米过渡层。陶瓷基体包括五个结构层；包括位于中间层的锂掺杂锰酸镧陶瓷层；位于锂掺杂锰酸镧陶瓷层两侧的钙掺杂锰酸镧陶瓷层；以及位于钙掺杂锰酸镧陶瓷层两侧的致密的锰酸镧陶瓷层。陶瓷基体中的孔隙尺寸从中间向两侧呈梯度递减的分布状态。抗激光损伤薄膜位于锰酸镧陶瓷层的外表面。纳米过渡层由陶瓷基体和抗激光损伤薄膜中的相邻结构层经高温热处理后生成在二者的界面处。本发明克服了现有光吸收体无法在吸收光谱、吸收率、耐热抗震和耐激光损伤等性能上达到均衡的问题。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种锰酸镧陶瓷基光吸收体，该光吸收体的应用，以及锰酸镧陶瓷基光吸收体的制备方法。

背景技术

激光功率计，又名激光能量计；是一种专用于测量激光能量的测量仪器。在现有技术中，对于大功率激光的测量，多以热电堆型激光功率计为主。这种设备的测试原理主要是利用其探头中光吸收体吸收入射激光的光能，并将光能转化成热能。光吸收体中央和边缘两端形成温度梯度场，探头中热电材料由此产生温差电动势，电动势的大小取决于激光转化的热能的大小。因此，探头中的光吸收体是热电堆型激光功率计的核心部件。光吸收体的光吸收性能、耐激光损伤性能和抗热震性能将直接决定激光能量计测量过程中的响应强度，以及可测量的激光的光谱宽度和功率范围。

目前，热电堆型激光功率计探头中的光吸收材料(包括薄膜和块体)，主要包括金属纳米材料(如金黑、银黑、铁黑等)、碳材料、硫化物、碳化物、氮化物、光学玻璃等。其中，在高温富氧环境下光吸收材料多为金属氧化物及其复合氧化物材料。例如，文献《Lu Y,etal.High thermal radiation of Ca-doped lanthanum chromite,RSC Advances,2015,5:30667.》公开的方案中，技术人员通过固相反应法制备了钙掺杂铬酸镧系列陶瓷，La_0.5Ca_0.5CrO₃的光吸收性能最佳，其太阳能吸收率达到95％。文献《(Ca,Fe)共掺铈酸镧陶瓷的近红外吸收性能,硅酸盐学报，2016，44:387–391.贺智勇等》公开的技术方案中，技术人员通过高温固相烧结工艺制备钙铁共掺的铈酸镧系列红外吸收陶瓷，当Ca引入量x为0.1、Fe引入量y为0.15时，样品近红外吸收性能较优，在750～2500nm波段的平均吸收率为88.7％。然而，这些材料的吸收波长范围较窄(大多处于0.2～2.5μm)，且在高温富氧环境(≥1000℃)中容易失效，材料的耐候性较差。

此外，文献《Zhang PX,et al.LaCaMnO₃ thin film laser energy/power meter,OpticsLaser Technology,2004,36:341–343.》公开了一种采用脉冲激光沉积法将La_1-xCa_xMnO₃(0.05≤x≤0.33)沉积在LaAlO₃衬底上，制备得到La_1-xCa_xMnO₃薄膜作为激光功率计和能量计的光吸收层的技术方案。这种将锰酸镧材料应用到光吸收体的方案具有制备简易成本低的优势，但是该方案制备的光吸收体仍然会存在光吸收涂层易受激光损伤失效，涂层易剥落，抗热震性能差等问题。