[发明专利]铒掺杂的含钪石榴石Er3+:A3Sc2B3O12激光透明陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料领域，具体的说是一种铒掺杂的含钪石榴石Er³⁺:A₃Sc₂B₃O₁₂[A＝Gd、Y；B＝Ga、Al]激光透明陶瓷及其制备方法。

背景技术

1964年，Carnall E等采用热压真空烧结首次合成出掺镝的氟化钙(Dy²⁺:CaF₂)透明陶瓷，并实现了激光振荡，从而揭开了透明激光陶瓷研究的序幕，但当时由于激光陶瓷的激光性能远不及晶体及玻璃，从而未能引起重视。自1995年日本科学家制备出高透明的Nd:YAG陶瓷，并实现可以与晶体媲美的激光输出后，激光透明陶瓷正向综合性能最优良的Nd:YAG激光单晶发起强有力的挑战。目前，美国利夫莫尔实验室已用日本提供的5块100mm×100mm×20mm的Nd:YAG透明陶瓷实现了67KW的激光输出。

Er³⁺离子的⁴I_11/2→⁴I_13/2跃迁，在不同的基质中可产生2.7-3μm波段的激光，这个波段在国防军事中有着重要的应用。同时该波段与水的强吸收峰位置重叠，因而较之10.6μm更易被水、Ca、P等所吸收，可广泛应用于软组织及骨的切开、切除手术，还可以取代高速涡轮牙钻，实施对牙体硬组织的切割等。最近的研究表明，2.7μm激光在石英光纤中传输损耗小，且对人体组织损伤也较小因而在医疗中有更广阔的应用前景(A.et al，OpticsCommunication，125(1996)90)。另外，用2.7-3μm的激光进行光参量振荡，可以把激光波长拓展到3～19μm中远红外波段，可用于光电对抗(干扰)、红外照明、激光雷达、自由空间通信、化学和生物战剂的探测、环境污染监测以及反恐等领域。

目前在Er:YSGG、Cr，Er:YSGG及Er:GSGG激光晶体中已获得了2.79μm的激光输出。然而这些晶体需采用提拉法生长，其过程十分复杂，要求条件苛刻，但制备陶瓷与生长单晶相比，具有成本低，尺寸大，可实现高浓度掺杂等优点，另外具有较高的机械强度，因此可以大大提高激光输出功率。据检索，目前国内外都还没有关于Er³⁺:A₃Sc₂B₃O₁₂[A＝Gd、Y；B＝Ga、Al]激光透明陶瓷的报道。

发明内容

本发明的目的在于公开了一种能够在的目的在2.7-3μm实现激光输出的Er³⁺:A₃Sc₂B₃O₁₂[A＝Gd，Y；B＝Ga，Al]透明激光陶瓷及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：

高效中红外激光透明陶瓷Er:A₃Sc₂B₃O₁₂，所述陶瓷的化学式为Er³⁺:A₃Sc₂B₃O₁₂，分子式Er_3xA_3(1-x-y)Sc₂B₃O₁₂[A＝Gd、Y；B＝Ga、Al]，其中0＜x＜1。

所述陶瓷是以声子能量较低的YSGG或具有抗辐射性能的GSGG等为基质的透明激光陶瓷。

其中Er³⁺是取代陶瓷中十二面体中心位置的A³⁺，Er³⁺的取代浓度为30-50at％。

所述的激光透明陶瓷Er:A₃Sc₂B₃O₁₂[A＝Gd、Y；B＝Ga、Al]的制备方法：