早在20世紀60年代,科學家已經提出高純各向同性的致密陶瓷具有與單晶相當的光學性質。1966年,E. Carnall等采用真空熱壓燒結技術制備了光學透明的Dy:CaF2陶瓷,并且在液氮溫度下實現了激光振蕩,其激光閾值與單晶相似。1972年,R. C. Anderson等開發出了NDY (Nd doped Yttralox)陶瓷激光器。隨后的兩年中,C. Greskovich等用傳統的陶瓷燒結方法制備了更高質量的NDY透明陶瓷,其激光閾值和斜率效率與當時的釹玻璃相近。在隨后的20余年中,陶瓷激光材料并沒有受到關注,因為其性能不及單晶和玻璃基質材料。在早期的Nd:YAG透明陶瓷樣品中,缺陷濃度高(特別是微氣孔),在短波區有很強的散射損耗。這樣也就不難理解為何Nd:YAG透明陶瓷在激光振蕩區(1064nm處)有很高的透過率,但仍未能實現激光輸出。因為該樣品在短波區的透過率不高,光吸收系數較大,亦即存在一定濃度的光散射中心,導致光學諧振腔損耗增加,并使各模式相互耦合產生新的本征模式,從而提高激光振蕩閾值、降低斜率效率,以及增加光束的發散度。但在優質的光學晶體中,由于缺陷濃度低,由散射引起的總吸收系數隨波長的變化不明顯。1995年,激光透明陶瓷才取得突破性的進展,日本學者A. Ikesue等采用固相反應法制備出了高質量的Nd:YAG透明陶瓷,其折射率、熱導率、硬度等物理性能與Nd:YAG單晶相似。同時他們研制出世界上第一臺Nd:YAG陶瓷激光器,用輸出功率為600mW,輸出波長為808nm的LD,采用端面泵浦技術泵浦1.1at%Nd:YAG透明陶瓷,其激光閾值僅比單晶稍高,斜率效率為28%,激光最大輸出功率為70mW。隨后A. Ikesue的研究小組系統地研究了釹離子濃度對Nd:YAG透明陶瓷光學性能的影響、Nd:YAG激光透明陶瓷中的散射中心以及#p#分頁標題#e#Nd:YAG透明陶瓷中氣孔體積對激光性能的影響。1999年,日本神島化學公司T. Yanagitani的研究小組采用納米技術和真空燒結方法制備了高質量的Nd:YAG透明陶瓷,其吸收、發射和熒光壽命等光學特性與單晶幾乎一致。2000年,神島化學公司和日本電氣通信大學的K. Ueda的研究小組一起首次用這種方法實現了高效激光輸出。基于這一技術,日本的神島化學公司、日本電氣通信大學、俄羅斯科學院的晶體研究所等聯合開發出一系列二極管泵浦的高功率和高效率固體激光器,激光輸出功率從31W提高到72W、88W和1.46 KW,光-光轉化效率從14.5%提高到28.8%、30%和42%。2005年底,美國達信公司的研究人員研制的Nd:YAG陶瓷激光器獲得了5kW的功率輸出,持續工作時間為10s。2006年底,美國利弗莫爾國家實驗室的固態熱容激光器采用日本神島化學公司提供的板條狀Nd:YAG透明陶瓷實現了67kW的功率輸出,持續工作時間為10s。近年來, Nd:Y2O3、Nd:Lu2O3、Yb:Sc2O3、Yb:Y2O3,Yb:Y3ScAl4O12等高質量透明陶瓷又相繼被制備出來,并且實現了激光輸出。
目前,日本神島化學公司制備的高質量Nd:YAG激光透明陶瓷在世界范圍內是領先的。世界上其它國家也投入了大量的人力、物力和財力去開展這一項研究工作,并取得了一定的進展。國內研究激光透明陶瓷的單位包括中國科學院上海硅酸鹽研究所、東北大學、山東大學晶體材料研究所、福建物質結構研究所、中非人工晶體研究院、四川大學、上海大學等。
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