[发明专利]一种激励元素呈连续梯度分布的氧化钇激光透明陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种激励元素呈连续梯度分布的氧化钇激光透明陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

激光二极管泵浦的全固态激光器具有体积小、效率高、稳定性好和寿命长等优点，在国防、光电子产业、光通讯和医疗卫生等领域有着重要的应用。随着大功率半导体激光器技术的不断完善和发展，高功率二极管泵浦固体激光器已经成为国内外学者的研究热点，这些研究主要集中在如何有效地提高激光输出功率和改善激光光束质量方面，在大功率抽运过程中，固体激光介质吸收的部分热量加上非辐射跃迁产生的热，一方面使得激光晶体自身温度升高，另一方面，激光晶体的温度升高，与冷却系统的共同作用，在晶体中形成温度梯度，产生热透镜效应、热致衍射损耗和热破裂等现象，对激光器的运转带来不利影响，严重影响了激光的光束质量以及激光器的输出效率和功率。

激光晶体的热效应很大一部分来源于增益介质对泵浦光的不均匀吸收；由于目前固体激光增益介质通常是单一掺杂浓度的晶体，工作时增益介质对泵浦光产生指数吸收，使入射端面附近具有较高的温度和温度梯度；掺杂浓度越大，其吸收系数越大，导致泵浦光经过晶体端面中心时吸收泵浦能量越多，其端面中心温度越高；又由于其吸收系数越大，随着泵浦光进入晶体，泵浦光能量衰减越快，最终导致掺杂浓度越高的晶体中心轴温度衰减越快。

采用多段复合增益介质可减轻激光工作物质对抽运光的非均匀吸收、改善激光晶体的热效应问题。相对单一掺杂浓度的激光晶体，端面泵浦的复合增益介质其温度分布均匀性得到了极大提高，且激光晶体的分段数越多，纵向温度分布也越均匀。但多段复合增益介质，并未完全消除段与段之间复合时所形成的界面，其激励元素浓度在基质中仍呈一定程度“阶梯”分布，无法根本上解决每段内的热效应问题，也就不能消除界面引起的热效应及其对激光光束的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有多段复合激光晶体的缺点和不足，提供一种激励元素呈连续梯度分布的氧化钇激光透明陶瓷材料及其制备方法。

本发明的激励元素呈连续梯度分布的氧化钇激光透明陶瓷材料的基质材料为Y₂O₃，激励元素RE为Yb、Tm或Nd，激励元素RE在基质材料中的浓度沿基质材料轴向呈连续梯度分布。

上述的激励元素呈连续梯度分布的氧化钇激光透明陶瓷材料中，当RE为Yb时，其成分按原子百分比含Yb1~20%，余量为Y₂O₃；当RE为Tm时，其成分按原子百分比含Tm0.1~10%，余量为Y₂O₃；当RE为Nd时，其成分按原子百分比含Nd0.5~10%，余量为Y₂O₃。

上述的激励元素呈连续梯度分布的氧化钇激光透明陶瓷材料的组织为单相氧化钇多晶体。

本发明的激励元素呈连续梯度分布的氧化钇激光透明陶瓷材料的制备方法按以下步骤进行：

1、配制摩尔浓度为0.01~0.5M的Y（NO₃）₃溶液，并调节pH=1~5；配制摩尔浓度为0.01~0.5M的RE（NO₃）₃溶液，并调节pH=1~5；配制摩尔浓度为0.5~2M的尿素溶液；

2、制备RE:Y₂O₃球形纳米粉体：

2.1、将Y（NO₃）₃溶液、RE（NO₃）₃溶液和尿素溶液混合均匀制成稀土掺杂氧化钇母盐溶液，其中Y（NO₃）₃与 RE（NO₃）₃的摩尔比为1:（0.1~0.5），Y（NO₃）₃和 RE（NO₃）₃的总量与尿素的摩尔比为1:（1~30）；将稀土掺杂氧化钇母盐溶液在0.5~4h内升温至75~98℃，保温0.5~5小时，获得白色沉淀；过滤收集白色沉淀，然后进行清洗，再在60~150℃干燥2~48小时，获得稀土掺杂氧化钇先驱物粉体；