[发明专利]用于中红外激光的Er3+单掺氧化镧钇透明陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于中红外激光的Er³⁺单掺杂氧化镧钇透明陶瓷的制备方法，属特种陶瓷制造工艺技术领域。 

背景技术

在发光学领域，通常把2～5 μm范围的光称为中红外光。波长在2～3 μm的中红外激光位于大气的2个传输窗口（1～3 μm，3～5 μm）内，覆盖了许多重要的分子特征谱线。此外，该波段激光在辐射人眼时大部分为晶状体所吸收，只有少部分到达视网膜，对人眼危害较小而又被称为人眼安全激光。正是由于这两方面的特性，因此近年来中红外激光在军事、医疗、光通信、环境监测等领域都具有非常广阔的应用前景和重要的应用价值，日益受到国内外的高度重视。 

目前获得2～3 μm波段激光的主要方式之一是通过激光工作介质直接产生，即采用LD泵浦稀土离子或过渡金属离子掺杂的激光材料。该方法具有激光设备体积小，结构简单，并且造价较低等优势。现已报道的可在2～3 μm波段发光的稀土离子包括Er³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺等。其中正三价Er³⁺离子具有丰富的能级，可以被514 nm、532 nm、667 nm、800 nm、980 nm和1480 nm等许多光频激励，是这类材料的典型代表。其主要中红外跃迁是⁴I_11/2→⁴I_13/2，发射波长约为2.7 μm。 

激光透明陶瓷具有很多单晶和玻璃所不具备的优点：和单晶相比，透明陶瓷具有掺杂浓度高，掺杂均匀性好，烧结温度低，周期短，成本低，质量可控性强，尺寸大，形状自由度大以及可以实现多层多功能激光器等优点；和玻璃相比，透明陶瓷具有单色性好，结构组成更为理想，热导率高和可承受的辐射功率高等优点。由于陶瓷是多晶，其内部的晶界、气孔、晶格的不完整性等都会导致材料的不透明性及增加光的散射损失，因此将其用于激光介质存在一定困难。为了制备和单晶激光性能相当的高品质、高透明度的激光陶瓷，人们做了大量研究工作。 

Y₂O₃是目前研究较多的一种激光基质材料，氧化钇属立方晶系,无双折射现象,热导率高,是YAG的两倍多,Y₂O₃晶体是一种优良的固体激光基质材料。 但由于Y₂O₃的熔点高达2430 ℃,且在2280 ℃附近会发生立方相向六方相的多晶相变,因而难以生长出大尺寸和高光学质量的Y₂O₃单晶。随着陶瓷制备技术及纳米制粉技术的发展,Y₂O₃透明陶瓷的烧结温度可降低为1700 ℃左右。通过在Y₂O₃粉体中添加La₂O₃粉体，可以加速气孔排除，促进Y₂O₃陶瓷烧结，进一步降低透明陶瓷的烧结温度并且有效抑制陶瓷晶粒过分长大，因此氧化镧钇透明陶瓷是一种性能优良的激光基质材料。 

目前，晶体、玻璃以及少数透明陶瓷基质通过掺杂稀土离子，已经实现2.7μm处的激光输出。通过将Er³⁺离子掺杂到性能优良的氧化镧钇透明陶瓷基质中，利用Er³⁺离子在⁴I_11/2→⁴I_13/2能级上的跃迁，从而获得2.7μm波长的激光输出，掺Er³⁺氧化镧钇透明陶瓷有望成为一种具有发展潜力的2.7μm激光工作介质材料。 

发明内容

本发明的目的在于采用国产高纯Er₂O₃、La₂O₃和Y₂O₃纳米粉为原料，采用传统陶瓷制备工艺，制定合适的烧结制度，最后在较低温度条件下，采用固相烧结法制备掺Er³⁺氧化镧钇透明陶瓷材料。 

本发明中的掺Er³⁺氧化镧钇透明陶瓷材料的制备方法，其特征在于其具有以下的工艺过程和步骤：