erlt3gt单掺和erlt3gtyblt3gt共掺杂氧化镧钇透明激光陶瓷的制备及其光谱性能研究

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1、上海大学硕士学位论文摘要立方相的Y203晶体具有稳定性好、光学透明区域宽、热导率高等优点，很早以前就被认为是一种非常有前景的固体激光材料。然而，由于其熔点高达2430℃，且在约2280℃附近存在相变，因此用常规的方法很难生长出大尺寸和高光学质量的单晶，从而限制了它的应用。近年来，由于透明陶瓷技术的发展，尤其是透明YAG陶瓷在大功率激光输出方面取得成功，使得Y203透明陶瓷激光介质引起了广泛关注。由于V203透明陶瓷的热导率几乎是YAG的两倍，且膨胀系数相近，同时Y3+与其它稀土发光离子同属于镧系元素，相互之问物理和化学性质类似且离子半径相差很小，可以

2、很方便地进行高浓度掺杂。现在的研究证明Y203透明陶瓷是高功率、高效率激光介质的优良基质材料。本文以氧化镧钇透明陶瓷为研究对象，采用传统陶瓷制备工艺，在高真空环境下首次制备出透明性良好的掺E，与Er3+／yb3+共掺杂的氧化镧钇透明陶瓷，研究TLa203的添加量、烧结温度、保温时间等对氧化镧钇透明陶瓷的显微结构和光学性能的影响：研究了掺Er3+与Er3+，Yb3+共掺杂的氧化镧钇透明陶瓷的光谱性能，以及La203对样品光谱性能的影响。实验结果表明：La203是氧化钇透明陶瓷的有效烧结助剂，能显著改善氧化钇透明陶瓷的烧结性能、显微结构和光学性能。添}3

3、IILa203以后，可以获得高的烧结密度和均匀的显微结构，提高样品的透过率；烧结温度为1450℃，保温时间为30h，厚度为lmm的样品，在可见光区和近红外区都有较高的全透过率，其全透过率最高处达N80％。当添}JllLa203后，由于混料不均，在烧结过程中局部区域镧元素偏析形成第二相，会影响陶瓷的透过率。E，掺杂与Er3+／yb3+共掺杂的氧化镧钇透明陶瓷都具有典型的晶体材料的光谱特征，但添=!J[1La203以后，由于La”的离子半径较Y”的大，导致样品的晶格常数增大，其晶场强度变弱，同时La203在与Y203形成固溶体时，降低了Y203晶体的有序

4、度，这些都引起样品的荧光寿命增大，且随La203含量的增加而增大，其有较一般激光玻璃(8．0ms左右)高出近50％的荧光寿命(最高达至lJl3．8ms)，还有较大的发射截面(3．0x10‘21c-．m2左右)。虽然E，掺杂与口+，Yb3+共掺杂的氧化镧钇透明陶瓷在1536nnl波长处的发射强度最大，但该处存在强烈的自吸收，导致V上海太学硕士学位论文该波长处的净增益降低，难于获得激光输出。而在1548哪与1556nm波长附近，虽然发射截面略低，但是由于自吸收较弱，更易获得激光输出。由于Yb3+能够将其在980啪处的强吸收，通过能量共振的方式传递给邻近的

5、E，，可以大大提高掺E，+氧化镧钇透明陶瓷的吸收效率，并且Yb3+还可以起到改善E，的浓度猝灭现象，提高样品的发射效率。Er3‘n飞3+共掺样品(Ero．osYbo．osYo8‰．1)203的荧光寿命比E，单掺样品荧光寿命提高20％，达至lJl3．8ms，而在154811111和1556nm发射峰处的发射截面分别由0．29x10-20G-In2和0．31x10也oCIyl2增加到0．34x10-20cm2和0．37x10-20tin2。对Er3+掺杂和口‘nm3+共掺杂的氧化镧钇透明陶瓷，在可见光范围内有2个强的上转换发光带，一个位于640～690n

6、m的红光带，另一个位于530～570nnl的绿光带。随着Er3+掺杂浓度的增加，(4Sm产Hll，2+411％)一4I蚍+4Il耽交叉弛豫增强，导致4S3∥Hll，2能级布居减少，IⅫ／Ired比率下降。Er3+掺杂和E?+／Vb3+共掺杂氧化镧钇透明陶瓷都具有非常高的荧光寿命和较大的发射截面，具有很好的光谱性能，有望成为一种非常有前景的人眼安全激光材料，在光通讯、医学和军事等各个领域具有潜在的应用前景。关键词：氧化镧钇，激光透明陶瓷，透过率，EP+掺杂，F+，Yb3+共掺杂，光谱性能，上转换发光VI上海大学硕士学位论文AbstractCubicY2

7、03singlecrystalhasbeenprovedtobeapromisingsolid-statelasermaterialforalongtimebecauseofitsfavorableproperties，suchasgoodstability,broadopticalspectrumandexcellentconductivity．Itis，however,extremelydifficulttof曲dcatehighqualityY203singlecrystalbecauseofitshi曲meltingpoint(～2430℃1

8、andthepolymo印hicphasetransformationatabout2280℃．Withth