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作者:江庆龄 来源:明升官网明升体育app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

 

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近期,明升官网明升体育app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:

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

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

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

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

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

 
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