[发明专利]可烧结石榴石结构复合氧化物粉末的制备和透明陶瓷的制造

说明书

本发明涉及一种可烧结石榴石结构复合氧化物粉末的制备和透明陶瓷的制造。通过将含有(a)Tb离子的水溶液、含有(b)Al离子的水溶液和含有(c)Sc离子的水溶液加入共沉淀水溶液中以诱发组分(a)、(b)和(c)的共沉淀，过滤，加热干燥并烧成共沉淀物来制备具有式(1)的石榴石结构复合氧化物粉末。(R_1‑xSc_x)₃(A_1‑ySc_y)₅O₁₂(1)R是钇或镧系元素，通常是Tb，A是第13族元素，通常是Al，x和y是0x0.08和0.004y0.16。

技术领域

本发明涉及一种用于制备可烧结石榴石结构复合氧化物粉末的方法和用于制造透明陶瓷材料的方法。更具体地，本发明涉及一种用于制备可烧结石榴石结构复合氧化物粉末的方法，该粉末用作磁光材料，包含含有稀土元素(通常是铽)的石榴石结构透明陶瓷材料，适用于构成光学器件如光学隔离器。

背景技术

随着近年来激光器输出功率的增加，使用光纤激光器的激光加工技术方兴未艾。为了稳定的激光加工，需要除去外部光线以防止振荡状态受到干扰。如果光在光纤的端面被反射，则反射光到达激光光源，其结果，显著地干扰了振荡。为此，普通光纤激光器系统在光纤之间的互连边界处设置称为隔离器的部件，以完全抑制反射光。

光学隔离器包括三个部分，法拉第旋转器、布置在法拉第旋转器的入射侧的偏振器、以及布置在法拉第旋转器的出射侧的检偏器。在使用法拉第旋转器时，平行于光传播方向施加磁场。于是，光的偏振波仅在给定方向上旋转，而不管它是向前还是向后穿过法拉第旋转器。此外，调整法拉第旋转器的长度，使得光的偏振波仅旋转45°。通过偏振器和检偏器的偏振面相对于光的旋转方向偏移45°的设置，向前行进的光的偏振波在偏振器和检偏器的位置处重合并被透射。另一方面，向后行进的光的偏振波相对于偏离检偏器的位置45°的偏振器的偏振面的偏移角方向逆旋转45°。于是，偏振器位置处的返回光的偏振面相对于偏振器的偏振面偏移45°-(-45°)＝90°，且返回光不被偏振器透射。以这种方式，获得了透射和发射向前行进的光但遮断向后行进的光的光学隔离器的功能。

制造法拉第旋转器的现有技术材料包括例如石榴石结构的Tb₃Ga₅O₁₂(专利文献1)、Tb₃Al₅O₁₂(专利文献2)和C型稀土类(Tb_xRe_(1-x))₂O₃(专利文献3)。这些材料都含有铽，其特征在于在用作激光的波长1,064nm处的低的光吸收和高韦尔代常数(或磁光常数)。

值得注意的是，磁光材料有其自身的问题。石榴石结构的Tb₃Ga₅O₁₂(TGG)由于晶体中铽含量低而具有低的韦尔代常数，因此必须延长法拉第旋转器，往往导致降低激光质量。另一方面，石榴石结构的Tb₃Al₅O₁₂(TAG)使用离子半径小于镓的铝，并且在晶体中具有更高的铽含量，能够缩短法拉第旋转器。然而，由于TAG是异元熔融晶体(incongruent meltingcrystal)，因此存在如下限制：在固体-液体界面处首先产生钙钛矿相，随后产生TAG相。即，TAG晶体只能总是作为石榴石与钙钛矿相的混合物生长。尚未建立大尺寸和高质量的TAG晶体的生长。最后，与其他材料相比，C型稀土类(Tb_xRe_(1-x))₂O₃的铽含量增加，有助于缩短隔离器，但容易产生更高价态的铽，与石榴石结构材料相比显示出明显的光吸收。明显的光吸收意味着当插入100W以上的高功率激光时，例如，隔离器本身被吸收的光能大幅加热，结果激光质量恶化。