Nd∶YAG激光透明陶瓷的研究进展

作为新一代固体激光增益介质,Nd∶YAG透明陶瓷以容易制造、成本低、易于实现大尺寸生产等优势,正逐步取代单晶和玻璃材料,应用前景十分广阔。从Nd∶YAG透明陶瓷光学质量的提升、激光输出特性以及实现Nd∶YAG透明陶瓷高功率激光输出3个方面,分别回顾并总结了我国、日本、美国、欧洲和俄罗斯关于Nd∶YAG激光透明陶瓷的研究进展,并概述了我国及日本关于复合结构及共掺杂Nd∶YAG透明陶瓷的发展情况。最后总结并展望了当前Nd∶YAG激光透明陶瓷的发展趋势和存在的主要问题。     

Nd:YAG透明陶瓷的研究进展

掺钕钇铝石榴石(Nd:Y3Al5O12,Nd:YAG)多晶陶瓷具有易制造、成本低、尺寸大、掺杂原子分数高、热导率高、耐热冲击性好、可大批量生产、易实现多层和多功能的陶瓷结构等优点,是目前应用范围最广的固体激光材料。综述了近年来国内外关于YAG激光透明陶瓷的最新研究成果,展望了陶瓷激光器的未来发展价值。     

Cr~(4+):YAG被动调Q Nd:YAG陶瓷激光器输出特性研究

本文对Cr~(4+):YAG被动调Q Nd:YAG陶瓷激光器的输出特性进行了理论和实验研究.在相同泵浦功率和不同输出耦合透过率条件下,实验测量了被动调Q陶瓷激光器的输出激光重复频率、平均输出功率以及单脉冲能量,并与理论计算结果进行了比较.研究结果表明,随着输出耦合透过率的增加,输出激光重复频率单调减小,而平均输出功率及单脉冲能量则呈现出先增加后减小的变化趋势,只是平均输出功率及单脉冲能量所对应的最佳输出耦合透过率会有所不同.     

1.3at%Nd:YAG透明陶瓷的制备及激光性能研究

以高纯氧化物商业粉体为原料, 采用固相反应和真空烧结技术, 制备了高质量的1.3at%Nd:YAG透明陶瓷. 研究了室温下Nd:YAG透明陶瓷的显微结构、光谱及激光性能. 实验结果表明, Nd:YAG透明陶瓷主要以穿晶方式断裂; 平均晶粒尺寸为15μm, 且分布均匀; 晶粒中和晶界处没有检测到杂质和气孔存在, 且成分一致, 无偏析现象. 退火后样品在激光波长1064nm处的透过率高达82.4%; 主吸收峰位于808.6nm处, 峰值吸收系数为4.45cm^-1, 激光波长1064nm处的吸收系数为0.11cm^-1; 主荧光发射峰位于1064nm处, 半高宽为0.82nm, 荧光寿命为258μs. 用LD端面泵浦Nd:YAG陶瓷样品(泵浦源最大输出功率为1000mW), 获得了波长为1064nm的连续激光输出, 激光阈值约530mW, 斜率效率为23.2%, 最大泵浦吸收功率为731mW时, 最大输出功率为45mW.     

钇铝石榴石(YAG)透明激光陶瓷的研究进展

透明陶瓷的制备技术不断成熟,其中部分透明陶瓷可用作激光放大介质,即透明激光陶瓷。透明激光陶瓷材料具有传统玻璃和单晶激光材料无法比拟的材料性能和光学特性,稀土离子掺杂的钇铝石榴石(YAG)多晶透明陶瓷是目前应用范围最广的固体激光材料之一。回顾了透明陶瓷的发展史,并以YAG透明陶瓷为例,介绍了透明陶瓷的应用领域、研究概况、制备工艺及目前面临的技术难题。     

烧结助剂对Nd∶YAG透明陶瓷微观结构和激光性能的影响

通过烧结Y_2O_3,Al_2O_3和Nd_2O_3粉体注浆的陶瓷胚体制备了Nd∶Y_3Al_5O_(12)(Nd∶YAG)透明陶瓷,研究了MgO和TEOS烧结助剂对陶瓷微观结构的影响和助烧结机理,分析了微观结构对陶瓷激光性能的影响。研究结果表明不加入烧结助剂,烧结后的样品晶界处存在大量的气孔,加入0.1%的MgO后,气孔数量减少,晶粒粒径变小,能够抑制晶界出现杂相,TEOS在陶瓷烧结过程形成的液相有助于气孔的排除。通过调节烧结助剂和烧结时间,制备出透光性达到83.1%的Nd∶YAG透明陶瓷,实现了1.4 W的激光输出。     

Nd3+离子掺杂YAG激光透明陶瓷的光谱性质及Judd-Ofelt理论分析

采用固相反应和真空烧结技术制备了掺杂浓度为1.0at%的Nd:YAG透明陶瓷样品,并测试了样品的吸收光谱和荧光光谱.样品在主吸收峰808nm处的吸收截面为3.10×10-20cm2,主荧光发射峰位于1064nm处,实测荧光寿命为257μS.应用Judd-Ofelt理论计算了Nd3 在YAG中的强度参数Ωλ(λ=2,4,6),跃迁的振子强度、自发辐射跃迁几率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参数.最后计算得到Nd:YAG透明陶瓷中Nd3 :4F3/2→I11/2跃迁对应的受激发射截面大小为3.81×10-19cm2.结果表明: Nd:YAG透明陶瓷具有较大的受激发射截面和高的荧光量子效率(接近100%),是一种性能优良的激光材料.     

ND:YAG透明激光陶瓷的研究进展及相关问题

随着激光技术的进展,对激光介质材料的要求越来越高,大尺寸、高激活离子掺杂度的透明陶瓷材料已经成为国际上的研究热点。从发展历史、粉体的制备、成型以及烧结等方面对Nd∶YAG透明激光陶瓷的研究进展进行总结,并提出了部分需要进一步研究的相关基础问题。     

Nd：Y3Sc（1．5）Al（3．5）O（12）透明陶瓷的光谱性能以及激光输出

采用燃烧法制备了Nd:YSAG粉体,经过成型、素烧,最终在氢气气氛中烧结制备了Nd:YSAG透明陶瓷.测试结果表明,Nd:YSAG透明陶瓷具有荧光谱线较宽,荧光寿命较长的特点.激光实验得到的激光输出,斜率效率为23.6%,输出功率为0.36W,输出激光的谱线分布较宽.     

我国首个超百瓦量级的陶瓷激光器研制成功

中国科学院上海光学精密机械研究所成功研制出236W高功率激光输出的掺钕陶瓷激光器。这是我国首个超百瓦量级的陶瓷激光器，其发光效率达到50％以上，高于日本电信大学报导的国际最高水平，有望成为Nd：YAG单晶激光器的替代品。近年来，迅速发展的透明多晶陶瓷作为新型激光介质，具有生产周期短、成本低、易于批量生产等显著优点，