[发明专利]高掺杂Yb,Er:YAG透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高掺杂Yb，Er:YAG透明陶瓷材料及其制备方法，属于上转换发光和激光透明陶瓷材料及制备技术领域。

背景技术

电子在Er³⁺离子的⁴I_13/2能级和⁴I_15/2能级之间的驰豫跃迁可以实现1.5～1.6μm的激光输出。这个波段的激光在医学研究和应用领域，光通讯及军事上上具有独特的优势而受到广泛关注。由于Er³⁺本身的三能级特性和对泵浦光(波长：0.9～1.1μm)的吸收系数较小，导致Er³⁺的激光输出效率非常低。为了提高泵浦吸收强度和激光输出效率，采取对Er³⁺离子进行敏化的方法尤为必要。Yb³⁺离子对0.94μm波长左右的泵浦光的吸收较强，并且Yb³⁺(²F_5/2)的发射带和Er³⁺(⁴I_11/2)的吸收带有较大的重叠，电子在这两个能级之间迁移的几率较大。激光材料中混掺Yb³⁺对Er³⁺起到的敏化作用(即Yb³⁺→Er³⁺间的能量转移)早已在实验中得到证实。在各种获得1.5μm波段激光的方法中，利用Yb³⁺和Er³⁺混掺的激光材料已成为人们的研究热点。在各种固体激光材料(陶瓷，玻璃及晶体)中，陶瓷同时具有较高的机械强度，高热导率，高损伤阈值，以及制备周期短，可大尺寸化。尽管Yb³⁺，Er³⁺掺杂磷酸盐，硅酸盐玻璃和5at％Yb，1at％Er:YAG晶体的固体激光器系统均已获得了1.5～1.6μm波长的高功率激光输出(Georgiou E，Musset O，Boquillon JP，Appl.Phys.B：Lasers Opt.，2000，70：755；Schweizer T，Heumann E，Heine F，Huber G，CLEO/Europe，1994，94：389；Georgiou E，Kiriakidi F，Musset O，Opt.Eng.，2005，44：064202)，但到目前为止还没有关于Yb，Er:YAG透明陶瓷在实现1.5μm波段的光谱性能和激光输出的报道。主要原因可能是透明陶瓷的制备要求较为苛刻，以往报道的Yb，Er:YAG陶瓷的光学质量差，在400nm处的透过率不到70％，而且陶瓷材料中的Yb³⁺离子掺杂浓度(＜2at％)太低，导致对泵浦光源的吸收效率较低，以及离子间的敏化效果较差。所以提高Yb，Er:YAG透明陶瓷的Yb³⁺离子掺杂浓度和光学质量尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种高掺杂Yb，Er:YAG透明陶瓷及其制备方法。

本发明的Yb，Er:YAG透明陶瓷其晶粒尺寸为5～50μm，Yb³⁺离子的浓度为2at％～6at％，Er³⁺离子的掺杂浓度在1at～3at％。

本发明的制备步骤包括：

(1)采用α-Al₂O₃，Y₂O₃，Yb₂O₃和Er₂O₃粉体，优选粉体的纯度＞99.95％。

(2)采用Li₂O，Na₂O，K₂O，CaO，MgO，SiO₂和正硅酸乙酯(TEOS)中的一种或两种作为烧结助剂，烧结助剂的添加量为10²～10⁶ppm，优选纯度均＞99.99％。

(3)按照Yb_mEr_nY_(3-m-n)Al₅O₁₂，其中，m，n为稀土离子的掺杂量；m＝0.25～0.3，n＝0.03～0.09，称量氧化物原料和烧结助剂，球磨混合；