作者:江庆龄 来源:中国科学院上海硅酸盐研究所 发布时间:2024/2/28 14:34:29
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上海硅酸盐所在激光陶瓷方向取得系列研究进展

 

近期,中国科学院上海硅酸盐研究所李江研究员带领透明与光功能陶瓷团队,与合作者在复合结构Yb:YAG激光陶瓷领域取得新进展。

针对Yb:YAG陶瓷板条在长度方向的中心不能实现充分泵浦,且会导致增益介质的温度分布不均匀的问题,研究团队采用流延成型和真空烧结技术,制备了双浓度梯度掺杂结构Yb:YAG透明陶瓷增益介质,实现了1030 nm处总能量为3.43 J的激光输出,斜率效率为45%。为进一步提升透明陶瓷增益介质的散热能力,优化其激光性能,团队设计并制备了表层增益型Yb:YAG激光陶瓷,该复合结构兼具板条和薄片激光器的优势,可大幅提升陶瓷增益介质的散热能力,实现了1030.5 nm处输出能量为1.9 J的低重频脉冲激光输出,斜率效率为31.1%。

对于盘片状激光增益介质,包边复合结构Sm:YAG/Nd:YAG透明陶瓷能够有效地抑制寄生振荡,减少放大的自发辐射,实现陶瓷激光器向更高功率、更高效率发展。团队采用真空烧结结合HIP后处理技术,制备了808 nm处直线透过率达83.6%、1064 nm处吸收系数为3.32 cm-1的Sm:YAG透明陶瓷,能够有效吸收横向自发辐射,抑制高功率Nd:YAG陶瓷激光器中的寄生振荡效应。

另一项工作中,研究团队在Yb:YAG激光陶瓷中,引入半径相近的其他离子对十二面格位的Y3+以及八面体/四面体格位的Al3+进行部分取代会造成激活离子配位晶体场的畸变,引起激活离子光谱的展宽,更有利于宽带可调谐以及脉冲激光的生成。研究团队采用真空烧结结合HIP后处理技术,制备了高质量的10at.%Yb:GdxY3-xAl5O12透明陶瓷,实现了高效准连续(QCW)激光输出。当x=0.3、0.5和0.7时,透明陶瓷的最大激光输出功率分别为7.8、7.7和6.6W,相应的斜率效率分别为46.2%、44.7%和39.2%。

此外,团队利用改良的共沉淀法合成单分散的Yb:Lu2O3纳米粉体,采用真空烧结结合HIP后处理技术,制备了激光发射波长处直线透过率为81.5%、室温热导率为12.8 W?m-1?K-1的5at% Yb:Lu2O3透明陶瓷。研究结合空气退火工艺,有效消除了Yb:Lu2O3透明陶瓷中的氧空位,并避免压缩气孔的显著膨胀,实现了在1033 nm处斜率效率高达73.8%的QCW激光输出。 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1111/jace.18913

https://doi.org/10.1111/jace.19034

https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.114681

https://doi.org/10.1111/jace.19711

https://doi.org/10.1111/jace.19573

 
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