【摘要】：固體激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事,醫(yī)療,制造加工,通信等領(lǐng)域。目前,高能固體激光器已經(jīng)成為了激光技術(shù)發(fā)展的主要方向。其中,激光材料是固體激光器的核心與基礎(chǔ),各國研究人員已經(jīng)對其進行了大量的研究。相比于單晶與玻璃,陶瓷具有熱導(dǎo)率高,摻雜濃度高,制備尺寸大等特性,是更符合高功率激光器發(fā)展的激光材料。自1995年A.Ikesue使用固相反應(yīng)法和真空燒結(jié)技術(shù)成功制備了高質(zhì)量Nd:YAG透明陶瓷,并獲得了連續(xù)激光輸出以來,透明陶瓷已經(jīng)引起了人們廣泛地關(guān)注。對于透明陶瓷的制備,一般有兩種方法:一是氧化物的固相反應(yīng)燒結(jié),二是濕化學(xué)法合成納米粉體的非反應(yīng)燒結(jié)。其中,共沉淀法合成納米粉體的非反應(yīng)燒結(jié)在制備大尺寸,高質(zhì)量的透明陶瓷上具有獨特的優(yōu)勢�；谝陨嫌^點,本文以獲得高光學(xué)質(zhì)量的Nd:YAG透明陶瓷為目標(biāo),對共沉淀法合成納米粉體及透明陶瓷制備工藝進行了系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)以碳酸氫銨為沉淀劑,采用共沉淀法合成了1at.%Nd:YAG納米粉體。研究了碳酸氫銨與金屬離子摩爾比(R值)對粉體與陶瓷性能的影響。實驗結(jié)果表明:R=3.2的粉體具有最好的分散性且相應(yīng)的陶瓷透過率最高,R=3.4的粉體次之。然而,R=3.2的粉體的產(chǎn)率較低,不適合粉體的批量合成及大尺寸陶瓷的制備。因此,本文選用性能較好,產(chǎn)率較高R=3.4的粉體用于后續(xù)的實驗。(2)以R=3.4合成的1at.%Nd:YAG粉體為對象,研究了煅燒溫度對粉體性能的影響。通過FTIR,XRD,SEM,BET,XRF及素坯致密度等測試分析可得:較高的煅燒溫度雖然降低了粉體的燒結(jié)活性,但卻提高了素坯的致密度和致密化速率,并且還減少了S等雜質(zhì)的含量。因此,綜合考慮粉體的性能,本文選擇了1250 ~oC煅燒4h的粉體用于后續(xù)透明陶瓷的制備。(3)以R=3.4,1250 ~oC煅燒4h制備的1at.%Nd:YAG粉體為原料,研究了球磨時間對粉體及陶瓷性能的影響。結(jié)果表明:球磨能很好地打破粉體的團聚,球磨12h的粉體制備的陶瓷透過率最高,在1775 ~oC下保溫10h制備的1.3mm厚的陶瓷在1064nm處的透過率達到了73.6%。進一步延長球磨時間至16h和20h,陶瓷中出現(xiàn)了Al_2O_3雜質(zhì)相,降低了陶瓷透過率。(4)以上述最佳工藝制備的粉體為原料,采用真空燒結(jié)法制備了1at.%Nd:YAG陶瓷。研究了燒結(jié)溫度和保溫時間對陶瓷性能的的影響。結(jié)果表明:當(dāng)真空燒結(jié)溫度為1775 ~oC,燒結(jié)時間為20h時,1.3mm厚的陶瓷在1064nm處的透過率達到76.0%的最佳值。(5)采用真空預(yù)燒加熱等靜壓(HIP)后處理技術(shù)制備了1at.%Nd:YAG透明陶瓷,研究了真空預(yù)燒溫度和退火溫度對HIP后陶瓷性能的的影響。結(jié)果表明:1750~oC的預(yù)燒溫度適合透明陶瓷的制備;退火使得HIP后陶瓷內(nèi)部氣孔發(fā)生擴張,降低了陶瓷透過率。在1750 ~oC,200MPa HIP后處理3h的條件下,1750 ~oC真空預(yù)燒2h,未經(jīng)退火的陶瓷具有最好的透過率,2mm厚的陶瓷樣品在1064nm處的透過率達到79.1%。
【圖文】：

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論率固體激光器的概述認(rèn)為是 20 世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。自 1960 年第一臺紅寶激光技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，其廣泛應(yīng)用于軍事，通信領(lǐng)域，如圖 1.1 所示。激光器的種類有很多，主要有固體半導(dǎo)體激光器和染料激光器四大類。其中，固體激光器由便、工作壽命長、輸出功率大等特點，在激光領(lǐng)域中始終

日本神島化學(xué)公司的 Yanagitani 等人[14,15]利用納米粉體為型技術(shù)和真空燒結(jié)方法，制備了高光學(xué)質(zhì)量的 Nd:YAG 透明陶乎與單晶一樣。之后，基于這種技術(shù)，Lu 等人[16-20]制備了許多現(xiàn)了激光輸出，并展示了 Nd:YAG 陶瓷能實現(xiàn)千瓦級別輸出的Ueda 領(lǐng)導(dǎo)的課題組聯(lián)合東芝和神島化學(xué)公司[21]，利用 Nd:YA 1.46kW 的激光輸出，斜率效率達到 42%，，略低于單晶的 49%。公司[22](Textron Corporation)研制出輸出功率為 5kW 的 Nd:YA06 年，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室[23]（LawrenceLivermory, LLNL）采用日本神島化學(xué)公司的大尺寸 Nd:YAG 透 100mm 20mm）作為激光工作物質(zhì)，研制出 67kW 準(zhǔn)連續(xù)輸器。2009 年，美國諾格公司[24]（Northrop Grumman Corporati:YAG 透明陶瓷作為增益介質(zhì)，成功實現(xiàn)了 105kW 的激光輸出。AG 透明陶瓷為工作介質(zhì)的高功率固體激光器圖片。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN24;TQ174.758.23

【參考文獻】

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本文編號：2630775