[发明专利]一种基于Isobam凝胶态浸涂技术的波导结构激光透明陶瓷光纤的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Isobam凝胶态浸涂技术的波导结构激光透明陶瓷光纤的制备方法，利用凝胶成型技术制备Nd:YAG透明陶瓷光纤的芯层，再通过凝胶态的浸涂技术，在芯部凝胶态下(弹性模量和黏性模量相交点处)实现包层YAG透明凝胶浆料的涂覆，达到芯层和包层的有效黏连，并通过时间调节涂覆的厚度，最终通过温等静压和真空烧结实现波导结构激光透明陶瓷光纤的制备。通过在凝胶状态下，准确掌控凝胶点，实现芯层和包层陶瓷材料有效键合，且界面清晰，工艺简单高效，可实现批量化、工业化生产。

技术领域

本发明涉及透明陶瓷光纤制备技术领域，具体涉及一种基于Isobam凝胶态浸涂技术的波导结构激光透明陶瓷光纤的制备方法。

背景技术

目前，光纤激光器一般采用掺稀土元素的玻璃光纤作为增益介质，基本原理是在泵浦光作用下光纤内形成了功率密度升高，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，在谐振腔内可形成激光振荡输出。光纤激光器其应用范围非常广泛，主要包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻、激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接、军事国防安全、医疗器械仪器设备，亦可作为其他激光器的泵浦源等。

然而，石英玻璃的热导率较低(1.38W/(m·K))，导致在长时间工作时易出现热梯度变大、光学畸变、输出功率受限以及热透镜效应等问题。自1995年日本Akio Ikesue博士制备世界上首块激光透明陶瓷以来，人们发现陶瓷材料的热导率高达11W/(m·K)，具有更好的的热管理能力可以承受更高的功率，因此相对于玻璃光纤，陶瓷热学性能好非常有利于应用推广。然而，为了发展更高功率和更强热鲁棒性的激光增益光纤，尤其是为了满足超高功率激光武器的应用需求，即使是优势明显的陶瓷光纤也必须从结构上进一步提高热管理能力。

因此，在结构优化设计已成为共识的背景下，对陶瓷光纤的结构设计、制备工艺提出了更高要求。虽然，日本Ikesue、美国空军实验室Kim、Fair以及专利CN 104451953 B、CN111270347 A、CN 110885244 A等都对陶瓷光纤的制备开展了系统研究，但凝胶注模成型波导结构的激光陶瓷光纤未见相关专利报道。同时，在制备方法上，一般凝胶注模制备YAG基多层复合结构透明陶瓷的时候，都是在第一层浆料完全凝胶固化后再浇注其他层浆料，再进行干燥、排胶、真空烧结、双面抛光等处理，如CN 109053182 A等。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Isobam凝胶态浸涂技术的波导结构激光透明陶瓷光纤的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于Isobam凝胶态浸涂技术的波导结构激光透明陶瓷光纤的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照Nd:YAG透明陶瓷材料(Y_1-xNd_x)₃A1₅O₁₂，0.01≤x≤0.04中各元素的化学计量比分别称量氧化钇(Y₂O₃)粉体、氧化铝(Al₂O₃)粉体、氧化钕(Nd₂O₃)粉体作为原料粉体；

步骤二、向称量好的原料粉体中加入烧结助剂、磨球、无水乙醇溶剂组成预混液，搅拌后放入球磨罐中混合球磨，得到混合浆料；

步骤三、球磨结束后将混合浆料烘干后过筛，再转移至马弗炉中煅烧，得到凝胶注模成型的原料粉；

步骤四、采用PIBM凝胶体系，以Isobam104为凝胶剂配制固含量45vol.％以上的陶瓷浆料，并进行真空除泡处理，得到芯层浆料；

步骤五、将芯层浆料注射到毛细玻璃管中，室温下自然凝胶后形成具有一定弹性的光纤湿坯；