3 国内发展现状
我国的透明陶瓷的研究比较早,也取得了较好的成果,如?-Al2O3, MgAl2O4 (尖晶),PLZT,MgF2.ZnS等。但激光陶瓷研究起步较晚,并与国外有较大的差距。近年来,激光透明陶瓷已经成为国内陶瓷研究领域的一大热点。中科院上海硅酸盐所相继制备成功较高质量的Nd:YAG和Yb:YAG多晶透明陶瓷,并获得了激光输出。
种类 |
尺寸(mm) |
波长(nm) |
输出 |
运转 |
年份 |
研究机构 |
Nd:YAG |
Ø6.35×144 |
1064 |
511W |
高功率
(连续) |
2005 |
天津大学 |
532 |
104W |
调Q |
2007 |
Nd:YAG |
Ø5×75 |
1064 |
236W |
高功率
(脉冲) |
2005 |
上海光机所
上海硅酸盐研究所 |
28.3W |
调Q |
2007 |
Yb:Y203 |
Ø10×2.7 |
1078 |
10.5W |
高功率 |
2006 |
Yb/Na+:
GaF2 |
6(长度) |
1050 |
400mW |
自调Q(1.5µs) |
2005 |
表2 国内典型陶瓷激光器输出水平
2006年中科院上海硅酸盐所和上海光机所合作研究Nd:YAG多晶陶瓷激光器,实现了1W的连续波激光输出。室温下Nd:YAG多晶陶瓷的吸收和透射光谱,在808nm处的吸收系数为3.5cm-1,与相同浓度晶体的吸收系数基本一致。透射光谱基底保持水平,基底透射率大于82%,没有出现明显的瑞利散射和米氏散射。实验采用端面泵浦,Nd:YAG多晶陶瓷块的尺寸为3mm×3mm×3mm,掺杂原子数分数为1%。陶瓷块通过铟箔固定在铜质的水冷热沉上,冷却水的温度控制在20℃,泵浦源采用光纤耦合输出的半导体激光器,光纤芯径600µm,输出中心波长在808nm,最大输出功率20W。采用1:1透镜组聚焦在Nd:YAG多晶陶瓷表面,谐振腔为平凹腔,其中M1为平面镜镀808nm增透膜和1064nm高反射膜,M2为曲率半径R=400mm的球面镜,为了优化实验结果做了不同透射率的对比实验,当透射率为12.5%,获得最大输出功率为1003mW,波长为1064nm的激光输出,光-光效率为l0%,斜率效率为14%。(摘编自中国激光,2006,vol.33,no.6,p.864)。
2006年底中科院上海硅酸盐研究所制备了Yb:YAG多晶透明陶瓷,并经上海光机所加工、测试,实现了280mW的连续激光输出。陶瓷材料的制备是一个非常重要的过程。实验中采用高纯商业Y2O3,A12O3,Yb2O3超微粉作为原料,利用溶胶―凝胶/燃烧合成法技术制备粉体,再通过球磨混合、煅烧干燥,在1650~1780℃真空条件下保温10h以上,烧结成致密的Yb:YAG透明陶瓷。采用端面泵浦,Yb:YAG多晶陶瓷块的尺寸为4mm×4mm×3mm,Yb离子的掺杂原子百分比浓度为1%,陶瓷块通过铟箔包裹后固定在铜质的水冷热沉上,冷却水温控制在15℃,采用光纤耦合输出的LD泵浦源,光纤芯径为200µm,输出中心波长在937nm,最大输出功率25W,采用1:1透镜组聚焦在Yb:YAG多晶陶瓷表面。谐振腔为平凹腔,其中M1为平面镜,镀940nm增透和1045nm高反双色膜,M2为曲率半径200mm的球面镜。在实验中测试了当输出透射率4%时的激光输出功率,获得最大输出功率为280mW,波长为1031nm的激光输出,斜效率约为7%。(摘编自中国激光,2007,Vol.34,no.1,p.60)。
国内研制激光透明陶瓷的单位还有人工晶体研究院、山东大学等。