[发明专利]一种发光增强的Tm3+掺杂氧化镥基透明陶瓷及制备方法

说明书

本发明涉及一种发光增强的Tm³⁺掺杂氧化镥基透明陶瓷及制备方法，属于发光材料技术领域。解决现有Lu₂O₃:Tm³⁺透明陶瓷的激光输出效率低，其发光强度有待提高的技术问题。一种发光增强的Tm³⁺掺杂氧化镥基透明陶瓷，其化学式为：(Lu_{1‑x‑y‑z}M_xTm_yRe_z)₂O₃，其中，M为Sc、Y、La、Gd、Zr和Hf中的一种或多种，Re为Er或Yb，x、y、z为元素摩尔分数，0≤x<0.5，0.001≤y≤0.1，0<z≤0.03，0<z/y<1，0<x+y+z≤0.5。该透明陶瓷通过引入微量的Er³⁺或Yb³⁺离子，能够有效增强Tm³⁺掺杂Lu₂O₃基透明陶瓷在～2μm处的发射，有利于提高～2μm固体激光器的光电效率和发射功率。本发明还提供了一种发光增强的Tm³⁺掺杂氧化镥基透明陶瓷的制备方法，得到的陶瓷能够与商用激发光源的波长位置更好的匹配，实现发光的增强。

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种发光增强的Tm³⁺掺杂氧化镥基透明陶瓷及制备方法。

背景技术

～2μm激光主要指中心输出波长位于2μm附近的激光，主要应用在医学临床、激光雷达与测距、光电对抗三大领域。在医学领域，目前～2μm激光刀已经被认可，在泌尿科、耳鼻喉科、神经外科等领域已经获得广泛应用，并在不断扩展应用范围。在激光雷达与测距领域，～2μm激光已经应用于遥感测绘、气体探测、自由空间通讯等方面。在光电对抗领域～2μm激光已经应用于红外热追踪伪装、光参量振荡获得3-5μm激光等方面。

为了获得连续输出的～2μm激光，改善能量利用效率，Tm³⁺掺杂的Lu₂O₃材料引起了大家的关注，这主要是由于Tm³⁺在Lu₂O₃基质中的吸收位置位于796 nm，与商用的成熟泵浦光源相吻合。Tm³⁺的另一个优点就是存在(³H₄,³H₆)→³F₄能级的交叉弛豫过程，该过程可以保证Tm³⁺每吸收一个796nm的泵浦光子，就可以产生两个激光光子。因此Lu₂O₃:Tm³⁺激光介质量子效率高，有望实现连续的高效～2μm激光输出。

目前激光介质主要是使用稀土离子掺杂的晶体，但是由于Lu₂O₃的熔点高达 2400℃，目前只有少数实验室能够制备Lu₂O₃单晶，离商用化还有很大距离，因而与单晶具有相似性质的透明陶瓷引起了人们的关注。与单晶相比，透明陶瓷具有很多优势，例如透明陶瓷通过粉体成型技术，可实现各种复杂的形状，并且可以在远低于熔点的温度下烧结制得。此外透明陶瓷还具有制备工艺简单、成本低、可以制作大尺寸等优点。目前稀土离子掺杂的透明陶瓷已经在大尺寸激光介质、闪烁体等领域得到应用，将来有望逐步取代单晶材料。但现有Lu₂O₃:Tm³⁺透明陶瓷的激光输出效率还不是很高，其发光强度有待进一步提高。

发明内容

本发明要解决现有Lu₂O₃:Tm³⁺透明陶瓷的激光输出效率低，其发光强度有待提高的技术问题，提供一种发光增强的Tm³⁺掺杂氧化镥基透明陶瓷及制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：