[发明专利]一种Nd-YVO4透明激光陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明激光陶瓷材料，特别是一种Nd:YVO₄透明激光陶瓷材 料的制备方法，属于材冶技术领域。

背景技术

钒酸钇(YVO₄)通常是一种采用提拉法生长的晶体，具有良好的机械性质和 物理性质，由于其具有宽透过波段和大的双折射率而成为制作光学偏振元器件 的理想材料，在许多实用方面可替代方解石(CaCO₃)和金红石(TiO₂)来制作光纤 隔离器、环状镜、置换器、格兰(Glan)偏振镜和其它偏振器件。而掺钕钒酸钇 (Nd:YVO₄)晶体是一种性能优良的激光基质晶体，适于制作激光二极管(LD) 泵浦的全固态激光器。该晶体具有低激光阈值，高斜率效率，大的受激发射截 面，在很宽的波长范围对泵浦光有很大的吸收，而调单模，有高抗光伤能力， 和KTP晶体的组合可以制作高功率稳定的红外、绿光或红光激光器。现在 Nd:YVO₄激光器已在机械、材料加工、波谱学、晶片检验、显示器、医学检 测、激光印刷、数据存储等多个领域得到广泛的应用。

公知的掺钕钒酸钇(Nd:YVO₄)晶体二极管泵浦固态激光器正在迅速取代 传统的水冷离子激光器和灯泵浦激光器的市场，尤其是在小型化和单纵模输 出方面。而关键材料掺钕钒酸钇(Nd:YVO₄)单晶，其缺陷是生产周期长，价格 昂贵，尺寸小，形状受限，掺杂浓度低，特殊器材中难以加工和成型，这些不 足使其性能和应用范围受到限制。透明激光陶瓷技术的掌握最初是日本，代表 性专利有JP05-286761，JP05-286762，JP05-294722，JP05-294273，JP294722等， 随后美国，德国，英国，法国等都相继跟进研究出了相应的透明激光陶瓷，我 国起步较早的是中科院上海硅酸盐研究所，以及上海光机所等单位，代表性的 成果为掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)，及其它透明陶瓷的还有单掺杂或双掺杂的 YAG，Y₂O₃等透明陶瓷，专利代码如200710045226.3，200510027208.3， 200510026474.4，200710055449.8，200810105499.7等。Nd:YVO₄材料制作微芯 片激光器，比Nd:YAG材料有更大的吸收截面。在808nm波长处，这种材料比 Nd:YAG的吸收截面大6倍。然而，Nd:YVO₄的单晶制备的掺杂稀土离子浓度 非常有限，且随着单晶的生长会出现浓度不均匀现象，这在一定程度上影响了 Nd:YVO₄激光器的整体性能。因此，当用这种材料制作较大功率的激光器时， 这显然是一大瓶颈。目前，陶瓷烧结法使Nd:YAG的掺杂浓度大于6％原子浓度， 因而使其吸收长度能与Nd:YVO₄的单晶相媲美；又由于陶瓷Nd:YAG的导热率 明显高于Nd:YVO₄，所以提高Nd:YVO₄这种材料的性能对于满足大功率、高效 率激光器的需求和竞争力有重要意义。

公知的透明陶瓷及其制备技术主要是针对Nd:YAG材料，关于透明Nd:YVO₄激光陶瓷的使用和制备技术还很少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种Nd:YVO₄透明激光陶瓷材料的制备 方法，可提高稀土元素在材料中的含量，制备较大尺寸的透明陶瓷，制造周期 和成本较低，较好的解决了单晶材料的掺杂浓度难以提升和较大尺寸制备困难 等问题，从而使材料的综合性能得到提高。

解决本发明的技术问题所采用的方案是：将制备掺钕钒酸钇激光材料的原 料按配比混匀，磨细，经干燥处理后过200目筛，压制成素坯；对素坯进行真 空烧结，真空度小于10^-3Pa，升温速度为每分钟2℃～10℃，烧结温度1500℃～ 2000℃，保温时间4小时～50小时；烧结锭坯随炉冷却进行退火，取出后进行 平面化处理，精密抛光后即得透明激光Nd:YVO₄陶瓷。

本发明的技术方案还包括：