论文部分内容阅读
激光材料与元器件是激光技术发展的核心和基础,具有里程碑的作用和意义。世界上第一台激光器诞生于1960年,半个世纪以来,激光技术得到迅速发展,现已广泛应用于战术激光武器(硬杀伤、软杀伤)、激光制导、激光测距、激光通讯、先进制造技术(激光加工、激光焊接)、激光医疗、激光显示等各个领域,并进入高速发展期,将造就二十一世纪的支柱产业,世界各主要国家均将其作为国家战略高技术发展计划。目前,激光器技术向着一泵(LD)、两高(高功率、高能量)、三化(小型化、智能化、集成化)、三超(超短、超快、超强)方向发展,而激光材料是激光技术发展的核心和先导。因此,激光材料在高新领域将拥有规模巨大的激光及元器件应用市场需求。Yb:YAG激光材料(晶体、陶瓷),具有优良的物理与光学特性,吸收峰(941nm)靠近发射峰(1030nm),具有低的量子缺陷和宽的泵浦吸收带；电子结构简单,没有受激态吸收、上转换或浓度猝灭；荧光寿命长,储能比Nd:YAG高；它产生的百分比热量几乎比Nd:YAG增益介质低4倍,被证明在所有介质中它产生的热效应最小。实践证明,激光性能、可靠性和成本等方面都明显优于Nd:YAG激光基质材料。本文对Yb:YAG晶体生长、陶瓷制备及性能进行了系统的研究。(1)提出了低真空充保护气氛的新工艺,采用中频感应加热提拉法,设计合理的温场,选择最佳工艺参数,生长了Φ20-35mm×40-100mmYb:YAG激光晶体。(2)采用XRD、TG-DTA、吸收光谱、荧光光谱等测试技术,对Yb:YAG晶体的性能进行了研究。同时,还对晶体缺陷进行了系统的分析与讨论。(3)首次提出一次性退火工艺,给出了最佳的退火工艺参数,研究了一次退火和二次退火工艺对晶体质量的影响。(4)对尺寸为Φ3mm×10mmYb:YAG晶体消光比进行了研究,消光比为48.6dB。对Φ3mm×10mm激光元件进行了光学均匀性测试,干涉条纹≤0.095条／25mm,达到了国内先进水平。(5)采用3mm×8mm×1mmYb:YAG激光微片,分别利用绿光输出镜和黄光输出镜实现1030nm波长室温运转,结果表明采用黄光输出镜时,激光性能较好。在泵浦功率为2W时,阈值功率为189 mW,输出功率为152.5mW实际功率为213.5 mW。光—光转换效率为11.79%,斜效率为11.87%。(6)采用2mm×2mm×10mmYb:YAG激光微片,研究Yb:YAG晶体的倍频激光性能。结果表明：使用绿光出镜时,激光性能较优。阈值功率为461mW,输出功率为72.27mW,因此实际输出功率为101.18 mW。光—光转化效率为6.57%,斜效率为7.02%。(7)采用溶胶—凝胶法(sol-gel)和碳酸盐共沉淀法,合成了Yb:YAG激光陶瓷粉体,探讨了反应机理及影响因素。利用TG-DTA、XRD、IR、TEM及光谱分析等测试手段,研究了粉体的结构、形貌及光谱性能等。(8)通过前驱体的煅烧、成型和烧结等工艺过程,制备高性能的Yb:YAG陶瓷材料,并通过一系列的测试表征对制备的样品进行结构分析,得出它们的微观结构信息,并对影响透明陶瓷的因素和激光特性进行了深入地研究和分析。