【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于陶瓷材料領域，涉及一種光功能陶瓷的制備，具體涉及一種yag基復合激光陶瓷及其制備方法。
技術介紹
1、透明激光陶瓷是近年來蓬勃發展起來的新型激光材料，當前市場上激光材料以釔鋁石榴石單晶和玻璃為主。yag單晶具備熱導率高、化學穩定性和可工性好的特性，是目前應用廣泛的固體激光介質，因其受到雜質分凝系數及尺寸的限制，存在輸出功率小和發光效率低等缺點，從而妨礙了單晶的應用，而透明yag多晶陶瓷具有易制造、成本低、尺寸大、摻雜濃度高、熱導率高、耐熱沖擊性好，可大批量生產、易實現多層和多功能的陶瓷結構等優點，可作為一種性能優良的激光介質使用，從而彌補單晶作為激光工作物質的不足，是一種極有潛力的新型固體激光材料。
2、近年來，研究人員對用于太陽能直接泵浦固體激光器的ce,nd:yag晶體和透明陶瓷進行了研究。ce離子作為敏化劑，能夠吸收紫外光譜區的光子能量，并通過無輻射躍遷的方式將能量傳遞給nd離子。這種能量傳遞過程不僅增加了光譜的利用率，還在一定程度上減少了熱變形，使得在相同的泵浦條件下，ce:nd晶體的激光能量輸出比單純的nd晶體更高。此外，這種能量傳遞過程還有助于提高激光效率，因為ce離子在yag基質中的吸收峰和發射峰與nd離子的吸收峰相匹配，使得能量能夠有效地從ce離子轉移到nd離子，進而提高激光性能。2024年，payziyev等人采用直徑為3mm的復合yag/ce:nd:yag/yag材料棒。當激光器在900w/m2的輻照度下暴露于593w的入射太陽能功率時，得到8.5w多模輸出功率，光-光轉換效率為1.
3、目前有多種制備激光增益介質的方法，一種基于熱鍵合技術的鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃增益介質分層導熱的結構(cn116706649a)、多層yag-tm:yag-yag-ho:yag-yag復合激光陶瓷及其制備方法與應用(cn104261831a)與一種稀土釹或鐿摻雜yag激光晶體的鍵合方法(cn114592240a)等方法的目的都是將多層增益介質鍵合在一起，降低增益介質內部溫度梯度，從而提高增益介質輸出功率。但是上述專利中的鍵和方式無論是在陶瓷粘接方面，還是在陶瓷散熱結構方面仍有所欠缺。
技術實現思路
1、本專利技術的目的之一是提供一種yag基復合激光陶瓷，該復合陶瓷作為激光材料具有提高散熱能力、減緩熱透鏡效應、提高激光輸出效率，實現大能量激光輸出的優點。
2、本專利技術的目的之一是提供一種yag基復合激光陶瓷的制備方法，易于實現工業化生產。
3、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
4、第一方面，本專利技術提供一種yag基復合激光陶瓷，所述復合激光陶瓷自上而下共有五層結構，分別是微結構凹面yag透明陶瓷、nd:yag透明陶瓷、yag透明陶瓷ⅰ、ce,nd:yag透明陶瓷、yag透明陶瓷ⅱ；所述微結構凹面yag透明陶瓷用于降低溫度梯度和補償熱透鏡效應；所述nd:yag透明陶瓷用于收集微結構凹面yag透明陶瓷發射的能量，并進行能量的傳遞；所述ce,nd:yag透明陶瓷具有良好的光學透射率和較小的散射損失，用于激光能力傳遞；所述yag透明陶瓷ⅰ和yag透明陶瓷ⅱ用于減小陶瓷熱透鏡效應。
5、優選的，所述nd:yag透明陶瓷的化學式為(ndxy1-x)al5o12，其中0＜x≤0.01；所述ce,nd:yag透明陶瓷的化學式為(ceyndzy1-y-z)al5o12，其中0＜y≤0.006，0.005≤z≤0.01。
6、優選的，所述復合激光陶瓷的第一層、第三層、第五層的厚度為1.5mm；第二層、第四層的厚度為2mm。
7、所述復合激光陶瓷在波長為808nm激光二極管固體激光器的激發下，實現高亮黃光發射，且該復合激光陶瓷其光-光轉換效率為19.85％，激光閾值為410mw。
8、第二方面，本專利技術還提供第一方面所述yag基復合激光陶瓷的制備方法，具體包括以下步驟：
9、步驟一：按照化學計量比分別配制yag、nd:yag和ce,nd:yag粉體；
10、步驟二：采用相應模具對粉體進行干壓成型，分別壓制凹面yag、yag、nd:yag和ce,nd:yag陶瓷素坯，再對所得陶瓷素坯依次進行真空燒結和退火處理；
11、步驟三：采用熱鍵合技術將各部分陶瓷端面按照凹面yag-nd:yag-yag-ce,nd:yag-yag進行粘接，組成復合激光陶瓷；所述熱鍵合技術是首先將預成鍵的陶瓷加熱到1300～1400℃，保溫時間15～25h；然后將復合陶瓷在氫氣氣氛下退火，退火溫度為1100～1300℃，保溫時間15～25h；
12、步驟四：在復合激光陶瓷兩端鍍增透膜。
13、優選的，步驟二中，干壓成型得到的凹面yag透明陶瓷，其凹面端深度為0.2～0.6mm。
14、優選的，步驟二中，所述真空燒結的溫度為1660℃～1700℃，保溫時間7～9h；所述退火的溫度為1400～1500℃，保溫時間8～12h。
15、優選的，步驟四中，在復合激光陶瓷兩端鍍808nm和1064nm的高透膜以減少諧振腔損耗。
16、與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：
17、(1)本專利技術的復合激光陶瓷在泵浦源為808nm的激光器激發下，在1064nm附近發射出明亮的黃光。且該復合激光陶瓷其光-光轉換效率為19.85％，激光閾值為410mw。
18、(2)本專利技術充分利用了熱鍵合技術的優勢，通過改善熱鍵合晶體端面損傷成功減小了激光增益介質的熱積累引起的熱透鏡效應。且制備方法簡單，制備周期短，綠色環保更符合實驗發展需求。
19、(3)本專利技術制備的復合激光陶瓷斷面選擇凹面yag進行散熱處理，通過對熱焦距的分析表明，選取的凹面端面和熱鍵合技術有效的補償陶瓷的熱透鏡效應，極大的保護了陶瓷免受激光損傷產生斷裂現象。
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1.一種YAG基復合激光陶瓷，其特征在于，所述復合激光陶瓷自上而下共有五層結構，分別是微結構凹面YAG透明陶瓷、Nd:YAG透明陶瓷、YAG透明陶瓷Ⅰ、Ce,Nd:YAG透明陶瓷、YAG透明陶瓷Ⅱ；所述微結構凹面YAG透明陶瓷用于降低溫度梯度和補償熱透鏡效應；所述Nd:YAG透明陶瓷用于收集微結構凹面YAG透明陶瓷發射的能量，并進行能量的傳遞；所述Ce,Nd:YAG透明陶瓷用于激光能力傳遞；所述YAG透明陶瓷Ⅰ和YAG透明陶瓷Ⅱ用于減小陶瓷熱透鏡效應。
2.根據權利要求1所述的一種YAG基復合激光陶瓷，其特征在于，所述Nd:YAG透明陶瓷的化學式為(NdxY1-x)Al5O12，其中0＜x≤0.01；所述Ce,Nd:YAG透明陶瓷的化學式為(CeyNdzY1-y-z)Al5O12，其中0＜y≤0.006，0.005≤z≤0.01。
3.根據權利要求1所述的一種YAG基復合激光陶瓷，其特征在于，所述復合激光陶瓷的第一層、第三層、第五層的厚度為1.5mm；第二層、第四層的厚度為2mm。
4.一種權利要求1至3任一項所述的YAG基復合激光陶瓷的制備方
5.根據權利要求4所述的YAG基復合激光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟二中，干壓成型得到的凹面YAG透明陶瓷，其凹面端深度為0.2～0.6mm。
6.根據權利要求4所述的YAG基復合激光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述真空燒結的溫度為1660℃～1700℃，保溫時間7～9h；所述退火的溫度為1400～1500℃，保溫時間8～12h。
7.根據權利要求4所述的YAG基復合激光陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟四中，在復合激光陶瓷兩端鍍808nm和1064nm的高透膜以減少諧振腔損耗。
...【技術特征摘要】
1.一種yag基復合激光陶瓷，其特征在于，所述復合激光陶瓷自上而下共有五層結構，分別是微結構凹面yag透明陶瓷、nd:yag透明陶瓷、yag透明陶瓷ⅰ、ce,nd:yag透明陶瓷、yag透明陶瓷ⅱ；所述微結構凹面yag透明陶瓷用于降低溫度梯度和補償熱透鏡效應；所述nd:yag透明陶瓷用于收集微結構凹面yag透明陶瓷發射的能量，并進行能量的傳遞；所述ce,nd:yag透明陶瓷用于激光能力傳遞；所述yag透明陶瓷ⅰ和yag透明陶瓷ⅱ用于減小陶瓷熱透鏡效應。
2.根據權利要求1所述的一種yag基復合激光陶瓷，其特征在于，所述nd:yag透明陶瓷的化學式為(ndxy1-x)al5o12，其中0＜x≤0.01；所述ce,nd:yag透明陶瓷的化學式為(ceyndzy1-y-z)al5o12，其中0＜y≤0.006，0.005≤z≤0.01。
3.根據權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張樂，許樂樂，周天元，周子涵，王金華，鄭欣雨，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：
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