[发明专利]一种铒离子掺杂氟化钙激光透明陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土离子掺杂氟化钙激光透明陶瓷的制备方法，更确切地说涉及一种Er³⁺:CaF₂激光透明陶瓷的制备方法，属于激光透明陶瓷制备技术领域。

背景技术

氟化钙(CaF₂)晶体是一种优异的激光介质基体材料，其格位点阵对称多样性允许稀土离子高浓度掺杂，禁带宽度大（-12ev），透光范围广（125nm~10μm），折射率小（~1.434，Vis~NIR），声子能量低（~390cm^-1），作为上转换激光材料非常有利于提高其转换效率。

目前研究最多的CaF₂激光材料主要为CaF₂单晶，随着泵浦技术的快速发展，Er⁺³ 、Tm⁺³、Yb⁺³等三价稀土离子掺杂的 CaF₂单晶在室温下可以获得令人感兴趣的激光性能。但制备单晶与制备相应的陶瓷相比，毕竟需要昂贵的特殊设备和复杂的工艺，生长周期长（1~2月），成本高。另一方面单晶不利于稀土离子的高浓度、均匀掺杂。基于单晶制造的上述缺点，学者们提出采用透明陶瓷取代单晶的设想，其研究始于上世纪60年代，例如：

Hatch制备出Dy²⁺: CaF₂激光陶瓷（参见文献Hatch SE, Parsons WF, Weagley RJ. Hot-Pressed Polycrystalline CaF₂:Dy²⁺ Laser[J]. Appl Phys Lett. 1964,5:153-154.），然而由于泵浦技术的落后，需在超低温下才能实现激光输出，因此随后几十年的激光陶瓷的研究陷入沉寂。

至1995年，日本学者Akesue（参见文献Ikesue A, Kinoshita T, Kamata K, Yoshida K. Fabrication and Optical Properties of High-Performance Polycrystalline Nd:YAG Ceramics for Solid-State Lasers[J]. J Am Ceram Soc. 1995,78(4):1033-1040.）和Yanagitani（参见文献Yanagitani T, Yagi H, Yamasaki Y, inventors; Production of yttrium aluminium garnet fine powders for transparent YAG ceramic[P]. Japan: 10-101411.1998.），采用固相反应烧结先后制备出Nd:YAG激光陶瓷，掀起了激光陶瓷研究的热潮。

目前关于CaF₂激光陶瓷的报道不多，2007年T.T. Basiev提出对单晶采用热压的方式促使其发生晶格断裂和畸变（参见文献Basiev T, Voronov V, Konyushkin V, et al. Optical lithium fluoride ceramics[J]. Doklady Physics. 2007,52(12):677-680.），从而得到多晶陶瓷，但其起始材料仍为单晶。K. V.Dukel'ski提出采用热压方式制备了稀土离子掺杂氟化钙激光陶瓷（参见文献Dukel'ski KV, Mironov IA, Demidenko VA, et al. Optical fluoride nanoceramic[J]. J Opt Technol. 2008,75(11):728-736.），其模具采用钼合金，压力高达250MPa，烧结温度为1250^oC，而且对原料粉末要求很高。2009年P.Aubry等报道了Yb³⁺：CaF₂激光陶瓷的制备及光学性能研究，其最高透过率仅为55%（参见文献Aubry P, Bensalah A, Gredin P, Patriarche G, Vivien D, Mortier M. Synthesis and optical characterizations of Yb-doped CaF₂ ceramics[J]. Opt Mater. 2009,31(5):750-753.）。