复合结构激光材料

发布时间：2017-09-28 18:34

  本文关键词：复合结构激光材料

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【摘要】：激光材料是激光技术发展的基础与核心,是面向大能量、高功率全固态激光器发展重要单元。为获得大能量、高功率、高光学质量的激光输出,激光材料需要大尺寸、高浓度掺杂、高热导率、低损耗。LD泵浦高增益、大口径激光增益介质时,会带来严重的自发辐射放大(Amplified Spontaneous Emission,ASE)效应。LD泵浦增益介质时,其荧光过程量子效率1,即在激光材料中产生热问题。目前,采用LD高功率密度下泵浦激光工作物质时,产生的热效应、自发辐射放大(ASE)效应以及寄生振荡(PO)效应,是制约激光光束质量和输出功率水平的关键。现有的研究表明,复合结构激光工作物质可以降低热效应及ASE效应,提高输出功率、改善光束质量。针对LD高功率泵浦下的热问题和ASE效应,利用激光陶瓷的制备工艺优势,本论文设计并制备了过渡金属掺杂氧化铝陶瓷包边蓝宝石以及Yb:LuAG/LuAG、Yb:YAG/YAG的复合激光材料,对复合结构的制备工艺以及微观结构和光学性能进行表征研究。1流延法制备氧化铝流延膜流延法制备氧化铝流延膜,系统研究了浆料的电动电位、流变曲线、粘结剂(PVA124)量,以及流延膜质量和显微结构、真空烧结的陶瓷的显微结构和光学质量。通过研究表明：分散剂的用量为lwt%,10 vol.% PVA124时能够获得结构致密、高透过率的氧化铝陶瓷,其在300-850nm波段线性透过率为～30%,从而确认制备出可以高质量包边过渡金属掺杂氧化铝的流延膜。2过渡金属掺杂氧化铝陶瓷光谱以及包边蓝宝石流延法制备出100μm厚的过渡金属掺杂的A1203陶瓷膜,在800nm处钴掺杂A1203陶瓷膜有吸收。根据计算包边材料吸收系数a=1.335 cm-1、测试出折射率n=1.768。利用陶瓷烧结工艺,对过渡金属掺杂氧化铝膜包边的Sapphire进行真空烧结。在1750/10h真空烧结,复合结合处存在大量气孔；在1810/10h真空烧结,结合处干净,没有杂质、气孔等缺陷。3 Yb:LuAG/LuAG、Yb:YAG/YAG的复合激光材料制备研究通过热扩散方法制备Yb:LuAG/LuAG复合陶瓷。通过热扩散理论结合不同烧结温度,分析复合区域陶瓷晶粒生长机理。通过ZYGO干涉仪测试,复合结构激光材料光学均匀性良好,复合区域不存在气孔以及断层。通过热键合结合陶瓷晶粒生长制备出Yb:YAG/YAG陶瓷晶体复合材料,结合不同烧结温度和时间,分析陶瓷晶粒和单晶之间相互作用。实验结果表明：随着温度升高或延长烧结时间,晶体朝着陶瓷方向生长,形成“新材料”；烧结温度越高或保温时间越长,其形成“新材料”区域面积越大；晶体陶瓷结合处存在大量的气孔,该气孔是来源于陶瓷,低气孔率的陶瓷可以制备高质量的陶瓷晶体结构。
【关键词】：复合激光材料 Yb:LuAG/LuAG 同质包边蓝宝石 显微结构
【学位授予单位】：上海应用技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN244;TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-25
• 1.1 目前激光技术及激光材料研究进展11-17
• 1.1.1 DPSSL简介11-12
• 1.1.2 高功率固体激光发展现状及实现方式12-17
• 1.2 激光工作物质热效应17-20
• 1.2.1 温度梯度效应17-18
• 1.2.2 热应力18
• 1.2.3 热致双折射18-19
• 1.2.4 热透镜效应19
• 1.2.5 热效应对输出激光质量影响19-20
• 1.3 吸收辐射放大(ASE)效应20-24
• 1.3.1 放大自发辐射抑制技术20-24
• 1.4 本课题研究内容与意义24-25
• 2 水基流延成型Al_2O_3陶瓷膜25-42
• 2.1 实验测试与表征25-27
• 2.1.1 粉体颗粒比表面测试25
• 2.1.2 氧化铝粒径分布25
• 2.1.3 粉体显微形貌和成分25
• 2.1.4 料浆pH值25
• 2.1.5 料浆电动电位25
• 2.1.6 料浆流变性能25-26
• 2.1.7 流延膜热分析26
• 2.1.8 陶瓷光透过率和吸收曲线26
• 2.1.9 光学均匀性检测26-27
• 2.2 实验工艺流程27-30
• 2.2.1 原料选择28
• 2.2.3 实验设备28-29
• 2.2.4 粉体选择29-30
• 2.3 分散剂对浆料分散性的影响30-33
• 2.3.1 分散剂种类30-31
• 2.3.2 分散剂Zeta-pH值关系31-32
• 2.3.4 分散剂用量选择32-33
• 2.4 粘结剂对浆料的影响33-41
• 2.4.1 粘结剂性质33-34
• 2.4.2 粘结剂浆料流变曲线34-35
• 2.4.3 粘结剂对流延膜微观及致密度影响35-41
• 2.5 本章小结41-42
• 3 过渡金属钴掺杂氧化铝陶瓷包边蓝宝石42-49
• 3.1 引言42
• 3.2 流延法制备钴掺杂氧化铝陶瓷及其光吸收性能研究42-44
• 3.3 钴掺杂氧化铝陶瓷包边蓝宝石晶体研究44-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 Yb：LuAG/LuAG,Yb：YAG/YAG材料复合结构研究49-62
• 4.1 引言49-51
• 4.1.1 复合结构Yb：YAG/YAG设计与理论50-51
• 4.2 热扩散Yb：LuAG/LuAG多晶陶瓷复合结构51-55
• 4.3 YAG/Yb：YAG陶瓷单晶化制备与研究55-60
• 4.3.1 引言55-56
• 4.3.2 Yb：YAG/YAG陶瓷单晶化复合界面形貌分析56-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 总结62-64
• 参考文献64-70
• 攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文70-71
• 致谢71

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1 记者 张Z，

本文编号：937461