黄光激光用Dy,Tb∶LuAG透明陶瓷的制备与性能研究

刘强; 武龙飞; 李晓英; 刘子玉; 陈鹏辉; 田丰; 谢腾飞; PIRRIAngela; TOCIGuido; 李江

doi:10.37188/CJL.20220153

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

黄光激光用Dy,Tb∶LuAG透明陶瓷的制备与性能研究

特邀报告 | 更新时间：2022-12-08

- 黄光激光用Dy,Tb∶LuAG透明陶瓷的制备与性能研究
  增强出版
- Fabrication and Characterization of Dy,Tb∶LuAG Transparent Ceramics for Yellow Lasers
- 发光学报 2022年43卷第11期页码：1733-1740
- 作者机构：
  
  1.江苏大学材料科学与工程学院，江苏镇江　212013
  2.中国科学院上海硅酸盐研究所透明光功能无机材料重点实验室，上海　201899
  3.中国科学院大学材料与光电研究中心，北京　100049
  4.Istituto di Fisica Applicata “N. Carrara”， Consiglio Nazionale delle Ricerche， CNR⁃IFAC， Via Madonna del Piano 10C， 50019 Sesto Fiorentino（Fi）， Italy
  5.Istituto Nazionale di Ottica， Consiglio Nazionale delle Ricerche， CNR‑INO， Via Madonna del Piano 10C， 50019 Sesto Fiorentino（Fi）， Italy
- 作者简介：
  
  [ "刘强（1964-），男，江苏镇江人，博士，教授，硕士生导师，2005年于江苏大学获得博士学位，主要从事发光材料和透明陶瓷等方向的研究。 E-mail： lq88611338@163.com" ]
  [ "李江（1977-），男，浙江绍兴人，博士，研究员，博士生导师，2007年于中国科学院上海硅酸盐研究所获得博士学位，主要从事光功能透明陶瓷方向的研究。 E-mail： lijiang@mail.sic.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  the International Partnership Program of Chinese Academy of Sciences(121631KYSB20200039);the International Cooperation Project of Shanghai Science and Technology Commission(20520750200)
- DOI：10.37188/CJL.20220153
  中图分类号： O482.31
- 纸质出版日期：2022-11-05，
  
  收稿日期：2022-04-23，
  
  修回日期：2022-05-11，
扫描看全文
刘强,武龙飞,李晓英等.黄光激光用Dy,Tb∶LuAG透明陶瓷的制备与性能研究[J].发光学报,2022,43(11):1733-1740.

LIU Qiang,WU Long-fei,LI Xiao-ying,et al.Fabrication and Characterization of Dy,Tb∶LuAG Transparent Ceramics for Yellow Lasers[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(11):1733-1740.
刘强,武龙飞,李晓英等.黄光激光用Dy,Tb∶LuAG透明陶瓷的制备与性能研究[J].发光学报,2022,43(11):1733-1740. DOI： 10.37188/CJL.20220153.

LIU Qiang,WU Long-fei,LI Xiao-ying,et al.Fabrication and Characterization of Dy,Tb∶LuAG Transparent Ceramics for Yellow Lasers[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(11):1733-1740. DOI： 10.37188/CJL.20220153.

摘要

以NH

HCO

为沉淀剂，通过共沉淀法合成了分散性良好的Dy，Tb∶LuAG纳米粉体，并研究了前驱体的热分解行为、粉体的物相及显微形貌。在不添加任何烧结助剂的情况下，采用真空预烧结合热等静压烧结技术首次制备出高透明的Dy，Tb∶LuAG陶瓷，并研究了预烧温度对陶瓷显微形貌及光学质量的影响。当预烧温度为1 600 ℃时，退火后的Dy，Tb∶LuAG陶瓷（厚度为1.5 mm）在578 nm处的直线透过率达到83.6%，平均晶粒尺寸为0.9 μm。此外，退火后的3%Dy，1%Tb∶LuAG透明陶瓷在447 nm的吸收截面积为1.3×10

-21

，半高宽为3.0 nm，与商用GaN蓝色激光二极管具有良好的匹配性。研究表明，Dy，Tb∶LuAG透明陶瓷在黄光激光领域具有潜在的应用价值。

Abstract

3%Dy，1%Tb∶LuAG（Dy，Tb∶LuAG） nanopowders with good dispersibility were synthesized by the co-precipitation method using NH

HCO

as a precipitant. The thermal decomposition behavior of the precursor， and the phase and microstructure of powders were studied. Dy，Tb∶LuAG ceramics with high transparency were fabricated by vacuum pre-sintering and hot isostatic pressing（HIP） post-treatment without any sintering additives for the first time. The influences of pre-sintering temperature on the microstructure and the optical quality of the ceramics were investigated. When the pre-sintering temperature is 1 600 ℃， the in-line transmittance of the annealed Dy，Tb∶LuAG ceramics（1.5 mm in thickness） reaches 83.6% at 578 nm， and the average grain size of the annealed ceramics is 0.9 μm. In addition， the absorption cross section of the 3%Dy，1%Tb∶LuAG ceramics at 447 nm is calculated to be 1.3×10

-21

， with a full width at half maximum（FWHM） of 3.0 nm， which matches that of commercial GaN blue laser diodes. This study shows that Dy，Tb∶LuAG transparent ceramics have potential application value in the yellow lasers.

关键词

Dy，Tb∶LuAG透明陶瓷共沉淀法热等静压烧结

Keywords

Dy，Tb∶LuAGtransparent ceramicsco-precipitation methodhot isostatic pressing

references

YADAV N K， JAYADEV C， MOHAN A， et al. Subthreshold micropulse yellow laser（577 nm） in chronic central serous chorioretinopathy： safety profile and treatment outcome ［J］. Eye， 2015， 29（2）： 258-265. doi: 10.1038/eye.2014.315http://dx.doi.org/10.1038/eye.2014.315

PIZZOCARO M， COSTANZO G A， GODONE A， et al. Realization of an ultrastable 578-nm laser for an Yb lattice clock ［J］. IEEE. Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control， 2012， 59（3）： 426-431. doi: 10.1109/tuffc.2012.2211http://dx.doi.org/10.1109/tuffc.2012.2211

BOWMAN S R， O’CONNOR S， CONDON N J. Diode pumped yellow dysprosium lasers ［J］. Opt. Express， 2012， 20（12）： 12906-12911. doi: 10.1364/oe.20.012906http://dx.doi.org/10.1364/oe.20.012906

PENG F， LIU W P， LUO J Q， et al. Study of growth， defects and thermal and spectroscopic properties of Dy∶GdScO3 and Dy，Tb∶GdScO3 as promising 578 nm laser crystals ［J］. CrystEngComm， 2018， 20（40）： 6291-6299. doi: 10.1039/c8ce01254ghttp://dx.doi.org/10.1039/c8ce01254g

BOLOGNESI G， PARISI D， CALONICO D， et al. Yellow laser performance of Dy3+ in co-doped Dy，Tb∶LiLuF4 ［J］. Opt. Lett.， 2014， 39（23）： 6628-6631. doi: 10.1364/ol.39.006628http://dx.doi.org/10.1364/ol.39.006628

李长磊，姚文明，陈建生，等. 基于共掺杂Dy-Tb∶YAG晶体的全固态黄光激光特性研究［J］. 中国激光， 2019， 46（11）： 1101008-1-6. doi: 10.3788/CJL201946.1101008http://dx.doi.org/10.3788/CJL201946.1101008

LI C L， YAO W M， CHEN J S， et al. All-solid-state yellow-laser characteristics based on co-doped Dy-Tb∶YAG crystal ［J］. Chin. J. Lasers， 2019， 46（11）： 1101008-1-6. （in Chinese）. doi: 10.3788/CJL201946.1101008http://dx.doi.org/10.3788/CJL201946.1101008

HUANG R S， ZHANG P X， HUANG X B， et al. Enhanced 573 nm yellow emissions of Dy3+ via Tb3+ deactivation in Na2Gd4（MoO4）7 crystal ［J］. Opt. Mater. Express， 2017， 7（10）： 3673-3679. doi: 10.1364/ome.7.003673http://dx.doi.org/10.1364/ome.7.003673

KRÄNKEL C， MARZAHL D T， MOGLIA F， et al. Out of the blue： semiconductor laser pumped visible rare-earth doped lasers ［J］. Laser Photonics Rev.， 2016， 10（4）： 548-568. doi: 10.1002/lpor.201500290http://dx.doi.org/10.1002/lpor.201500290

LUPEI A， LUPEI V， GHEORGHE C， et al. Spectroscopic characteristics of Dy3+ doped Y3Al5O12 transparent ceramics ［J］. J. Appl. Phys.， 2011， 110（8）： 083120-1-8. doi: 10.1063/1.3656718http://dx.doi.org/10.1063/1.3656718

HU Z W， XU X D， WANG J， et al. Fabrication and spectral properties of Dy∶Y2O3 transparent ceramics ［J］. J. Eur. Ceram. Soc.， 2018， 38（4）： 1981-1985. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.020http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.020

HUANG S H， FENG T， JIANG B X， et al. J-O study of a novel Dy-doped Lu3Al5O12 transparent ceramic for potential application in yellow laser generation ［J］. J. Lumin.， 2021， 231： 117763-1-5. doi: 10.1016/j.jlumin.2020.117763http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117763

IKESUE A， KINOSHITA T， KAMATA K， et al. Fabrication and optical properties of high-performance polycrystalline Nd∶YAG ceramics for solid-state lasers ［J］. J. Am. Ceram. Soc.， 1995， 78（4）： 1033-1040. doi: 10.1111/j.1151-2916.1995.tb08433.xhttp://dx.doi.org/10.1111/j.1151-2916.1995.tb08433.x

JIANG N， OUYANG C， LIU Y， et al. Effect of air annealing on the optical properties and laser performance of Yb∶YAG transparent ceramics ［J］. Opt. Mater.， 2019， 95： 109203-1-5. doi: 10.1016/j.optmat.2019.109203http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2019.109203

WANG Q Q， SHI Y， FENG Y G， et al. Fabrication and laser parameters of Yb∶YAG transparent ceramics with high optical quality ［J］. J. Inorg. Mater.， 2020， 35（2）： 205-210.

YAVETSKIY R P， BALABANOV A E， PARKHOMENKO S V， et al. Effect of starting materials and sintering temperature on microstructure and optical properties of Y2O3∶Yb3+ 5 at% transparent ceramics ［J］. J. Adv. Ceram.， 2021， 10（1）： 49-61. doi: 10.1007/s40145-020-0416-3http://dx.doi.org/10.1007/s40145-020-0416-3

LIU Z Y， TOCI G， PIRRI A， et al. Fabrication， microstructures， and optical properties of Yb∶Lu2O3 laser ceramics from co-precipitated nano-powders ［J］. J. Adv. Ceram.， 2020， 9（6）： 674-682. doi: 10.1007/s40145-020-0403-8http://dx.doi.org/10.1007/s40145-020-0403-8

LIU Z Y， TOCI G， PIRRI A， et al. Fabrication and optical property of Nd∶Lu2O3 transparent ceramics for solid-state laser applications ［J］. J. Inorg. Mater.， 2021， 36（2）： 210-216. doi: 10.15541/jim20200143http://dx.doi.org/10.15541/jim20200143

HUANG X Y， LIU Y M， LIU Y， et al. Fabrication and characterizations of Yb∶YAG transparent ceramics using alcohol-water co-precipitation method ［J］. J. Inorg. Mater.， 2021， 36（2）： 217-224. doi: 10.15541/jim20200231http://dx.doi.org/10.15541/jim20200231

LI S S， MA P， ZHU X W， et al. Post-treatment of nanopowders-derived Nd∶YAG transparent ceramics by hot isostatic pressing ［J］. Ceram. Int.， 2017， 43（13）： 10013-10019. doi: 10.1016/j.ceramint.2017.05.015http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.05.015

WANG J， MA J， ZHANG J， et al. Yb∶Y2O3 transparent ceramics processed with hot isostatic pressing ［J］. Opt. Mater.， 2017， 71： 117-120.

HUANG X Y， CHEN G M， WEI J B， et al. Fabrication of Yb，La∶CaF2 transparent ceramics by air pre-sintering with hot isostatic pressing ［J］. Opt. Mater.， 2021， 116： 111108-1-8. doi: 10.1016/j.optmat.2021.111108http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111108

BEIL K， FREDRICH-THORNTON S T， TELLKAMP F， et al. Thermal and laser properties of Yb∶LuAG for kW thin disk lasers ［J］. Opt. Express， 2010， 18（20）： 20712-20722. doi: 10.1364/oe.18.020712http://dx.doi.org/10.1364/oe.18.020712

FU Y L， LI J， LIU Y， et al. Fabrication， microstructure and laser performance of Nd3+-doped Lu3Al5O12 transparent ceramics ［J］. J. Eur. Ceram. Soc.， 2016， 36（3）： 655-661. doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2015.10.001http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2015.10.001

ZHOU D， SHI Y， XIE J J， et al. Laser grade Yb∶LuAG transparent ceramic prepared by nanocrystalline pressure-less sintering in reducing H2 ［J］. Opt. Mater. Express， 2017， 7（4）： 1274-1280.

HU Z W， CHEN X P， LIU X， et al. Fabrication and scintillation properties of Pr∶Lu3Al5O12 transparent ceramics from co-precipitated nanopowders ［J］. J. Alloys Compd.， 2020， 818： 152885-1-9. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.152885http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152885

TIAN F， CHEN C， LIU Q， et al. Optimizing co-precipitated Nd∶YAG nanopowders for transparent ceramics ［J］. Opt. Mater.， 2020， 108： 110427-1-10. doi: 10.1016/j.optmat.2020.110427http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110427

MARLOT C， BARRAUD E， LE GALLET S， et al. Synthesis of YAG nanopowder by the co-precipitation method： influence of pH and study of the reaction mechanisms ［J］. J. Solid State Chem.， 2012， 191： 114-120. doi: 10.1016/j.jssc.2012.02.063http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2012.02.063

DING S J， LI H Y， ZHANG Q L， et al. The investigations of Dy∶YAG and Dy，Tb∶YAG as potentially efficient GaN blue LD pumped solid state yellow laser crystals ［J］. J. Lumin.， 2021， 237： 118174-1-6. doi: 10.1016/j.jlumin.2021.118174http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118174

浏览量

308

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据