陶瓷增益介质(ceramic gain media)

更新时间:2024-11-05 05:45:58

分类: 光学材料

陶瓷增益介质(ceramic gain media) 详述

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定义:
具有陶瓷微观结构的激光增益介质。

一般来讲,固态增益介质为晶体或者玻璃。晶体通常是单晶,因为多晶介质通常在边界具有很强的散射。然而,从上世纪九十年代,一种多晶介质——陶瓷通过精细的制备技术极大的降低了散射损耗,尤其是采用了真空烧结技术。

开始采用的是粉末中非常小的离子,然后经过细化工艺产生的纳米离子具有可控尺寸,非常小的微晶和气孔,得到的散射损耗比单晶大不了很多。尤其是在钇铝石榴石中已经实现。掺钕的YAG陶瓷可以得到与掺钕YAG单晶相同的激光器效率。掺镱增益介质也具有相同的性能。陶瓷也可以用做电子振动激光增益介质。

 陶瓷激光增益介质相比于单晶具有很多重要的优势: 

  1. 制备成本低,尤其是制作很大片的情况下。 
  2. 陶瓷增益介质可以制作成任意形状和尺寸,然而单晶增长技术则会限制介质尺寸。 
  3. 陶瓷也可以产生复合增益介质,包括不同的掺杂程度,甚至不同的掺杂物。还可以包含一个可饱和吸收器用于被动Q开关。 
  4. 很容易得到具有空间变化的掺杂浓度。这能够为激光器设计提供额外的自由度。 
  5. 对于掺钕和掺镱YAG陶瓷,可以实现更高的掺杂浓度,但是不会产生淬灭效应降低激光器效率。 
  6. 有些材料,例如氧化钇(Y2O3),氧化钪(Sc2O3)和其它钛氧化物具有很高的熔点,很难长成单晶,但是很容易得到陶瓷形式,因为烧结温度比熔点温度低很多。 Y2O3和Sc2O3的高热导率是这些材料优于YAG。 

基于以上原因,陶瓷增益介质在很多情况下可以取代戴静,尤其是在大体积应用和需要很大增益介质的情况。 需要注意的是,陶瓷用在激光器上不仅仅可以作为增益介质。有些增益介质,例如氮化铝陶瓷,具有很高的热导率,可以作为很好的电绝缘体。这也使它们可以用在高功率激光二极管中的热沉。

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