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上海平博地址高机能Yb:Lu2O3激光陶瓷研究中取得进展
2019-08-01 19:53:23 | 【 【打印】【封闭】

  高功率固体激光器在国防军事、高端配备制造、科学研究等范畴具有遍及使用。今朝高功率固体激光增益介质中使用最为遍及的是Nd/Yb掺杂的激光材料。与Nd掺杂的激光材料(如Nd:YAG)比拟,Yb掺杂激光材料的长处包罗:Yb3+接收带与激光二极管(LD)无效耦合,接收线泛博;量子吃亏低,理论量子效率高;无辐射弛豫惹起的热负荷低;无激发态接收和上转换,光转换效率高;荧光寿命长,无益于储能。因而,Yb掺杂通明陶瓷适合用作高功率、大能量的固体激光增益介质。基质材料决定了增益介质的物化机能,对于高功率激光基质材料而言,高的热导率是最次要的机能之一。Lu2O3YAG具有更高的热导率,但其单晶熔点高达2490oC,现有技术难以制备出高质量、大尺寸Lu2O3单晶,但可在较低的烧结温度下获得高光学质量的Lu2O3通明陶瓷。因而,Lu2O3基通明激光陶瓷成为很是有但愿的候选者。由于Yb3+Lu3+离子半径和原子质量很是接近,Yb:Lu2O3声子能量低,且热导率跟着Yb3+的掺杂浓度升高几乎没有变化(可完成高浓度掺杂);同时,Lu2O3热膨胀系数低,抗热震机能优异,故高光学质量的Yb:Lu2O3激光陶瓷被认为是一种颇具成长潜力的高功率固体激光增益介质。 

  近期,中国科学院上海平博研究所李江研究员率领的通明与光功能陶瓷研究团队与意大利国立光学系统研究所和意大利国立使用物理研究所互助,在Yb:Lu2O3激光陶瓷研究中取得进展。该团队以共沉淀法制备的Yb:Lu2O3纳米粉体为原料,采用真空预烧连系热等静压后处置工艺成功制备出了高质量的Yb:Lu2O3通明陶瓷。把持光纤耦合激光二极管(LD)在929.4nm处进行准持续(QCW)泵浦,完成了1033.4nm8.15W的最大激光功率输出,斜率效率高达58.4%,相关成果颁发在J. Am. Ceram. Soc.2019, doi: 10.1111/JACE.16674),文章第一作者为上海平博所硕博连读研究生刘子玉,通信作者为李江研究员。 

  倍半氧化物陶瓷(Sc2O3Lu2O3Y2O3)由于其热导率高、热机械机能好、光学机能优异及宽波段通明等特点,是很是有前景的高机能激光增益介质。Sc2O3热导率高达17W/m×K,并且Yb:Sc2O3材料基态劈裂大,具有宽的发射带,可进行较宽的波长调谐,完成超短脉冲放大。该团队采用共沉淀法合成具有高分离性、高烧结活性的Yb:Sc2O3纳米粉体,采用真空烧结技术获患了高质量的Yb:Sc2O3通明陶瓷。把持光纤耦合968nm激光二极管(LD)泵浦Yb:Sc2O3陶瓷,完成了在1040nm2.44W持续激光输出,斜率效率为35%,可调谐激光波长范畴达55nmJ. Eur. Ceram. Soc., 2018, 38:1632-1638)。 

  相关研究工作获得中国科学院前沿科学重点研究筹算名目(院青年拔尖人才名目)、国度天然科学基金名目、国度重点研发筹算名目、上海平博所重点学科拔擢名目等赞助。  

 

Yb:Lu2O3的纳米粉体(左)和HIP后处置陶瓷的热侵蚀概况(右)的FESEM描绘图

 

Yb:Lu2O3通明陶瓷的接收、发射光谱特征(左)和激光机能(右)     

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