[发明专利]掺钴镁铝硅基玻璃陶瓷可饱和吸收体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光功能玻璃陶瓷材料，特别是一种实现1.53μm波段超短激光脉冲 被动调Q的掺钴镁铝硅基玻璃陶瓷可饱和吸收体的制备方法。

背景技术

随着激光技术的发展，为提高激光器的某些性能，如压缩激光脉冲宽度和增大 脉冲输出功率，出现了调Q技术。常见的调Q技术有主动式调Q和被动式调Q两种。 主动式调Q激光器，是用电光调Q或机械转镜调Q等，这类调制技术都要求外加脉冲 高压电源或高频驱动信号源，激光系统复杂、庞大，价格昂贵。相对于这些主动调 Q技术而言，用腔内可饱和吸收体的被动调Q技术是一种简单的技术，它具有结构简 单、价格便宜、运转可靠等优点，在中小功率激光器中被广泛采用。

对于不同波长的激光已经发展了许多可饱和吸收被动Q开关材料。在1.53微米被 动Q开关材料方面，南加州大学的激光研究中心首先研制报道了一些掺杂不同离子 (如U²⁺、Co²⁺和Er³⁺等离子)的晶体材料作为被动Q开关，掺杂这类离子的晶体材料 可用于1.53微米波长的铒玻璃激光器。众所周知，制备高质量的晶体材料具有很高 的难度和成本，使得此类Q开关材料具有很高的价格。近年来，随着微晶玻璃制备 技术的发展，Co²⁺掺杂微晶玻璃Q开关材料的研制受到广泛的关注，其中尤以Co²⁺掺杂硅酸盐玻璃析出镁铝尖晶石晶相(MgAl₂O₄)的透明玻璃陶瓷材料研究居多， 研究机构主要是俄罗斯和白俄罗斯的有关研究院所(参见在先技术1：Alexander M.Malyarevich，Igor A.Denisov，Konstantin V.Yumashev，et al，Cobalt doped transparent glass ceramic as a saturable absorber Q switch for erbium：glass lasers，Appl.Opt.，40(24)， 4322(2001).)。该研究机构在制备镁铝尖晶石晶相的玻璃陶瓷方面做了大量的工作， 然而其制备的玻璃陶瓷的晶相为单一的镁铝尖晶石晶相，而且其玻璃的熔化时间较 长，需要在1600℃长时间熔化，为了获得均匀的玻璃，其搅拌耗时达8小时，这大大 增加了耗能成本，不利于高性价比玻璃陶瓷材料的制备。山东大学段秀兰等(参见 在先技术2：X.L.Duan，D.R.Ruan，F.P.Yu，et al，transparent cobalt doped MgO-Ga₂O₃-SiO₂nano glass ceramic composites，Appl.Phys.Lett.，89，183119(2006).) 也开展了溶胶凝胶法制备此类玻璃陶瓷材料的研制工作，采用溶胶凝胶法制备玻璃 基体虽然可以使用较低的熔化温度，然而由于有机成分挥发造成玻璃基体材料中含 有大量的气孔，会大大增大光散射损耗，不利于激光输出。

鉴于1.53μm脉冲激光在激光测距等领域的重要性，进一步探索和发展Co²⁺掺杂 新型透明玻璃陶瓷Q开关材料具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服或改进上述现有技术的不足，提供一种用于1.53μm波段 超短激光脉冲被动调Q的掺钴镁铝硅基玻璃陶瓷可饱和吸收体的制备方法。该方法 的熔制工艺简单，所用原料及成本较低，热处理过程的析晶过程可控性高，获得的 透明玻璃陶瓷适用于1.53μm波段超短激光脉冲的被动调Q。

本发明通过对熔制好的基体玻璃进行精密热处理，在玻璃内部获得纳米级尺寸 的晶相析出，制得透明的微晶玻璃，Co²⁺进入析出的镁铝化合物纳米晶晶相中，从 而使Co²⁺处于四配位环境进而获得近红外波段的可漂白性能。

本发明具体的技术解决方案如下：

一种实现1.53μm波段超短激光脉冲被动调Q的掺钴镁铝硅基玻璃陶瓷可饱和 吸收体的制备方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①该基体玻璃组成的摩尔百分比为：

组成             mol％

SiO₂             47.5～54.5