非熔融法制备Nd:YAG和Yb:Sc2O3激光晶体

本研究以Nd:YAG材料体系为主要研究对象，采用陶瓷材料的烧结工艺，在有籽晶和无籽晶诱导的条件下，在低于Nd:YAG熔点的温度下，非熔融法制备高光学质量和高掺杂浓度Nd:YAG单晶的非熔融法制备。通过对Nd:YAG烧结动力学、晶界迁移过程、液相及其含量对晶粒生长和晶界迁移的影响、烧结工艺、籽晶键合工艺、晶体缺陷、光谱性能和激光输出性能等一系列科学问题的研究，实现Nd:YAG单晶非熔融法的可控制备，并力争实现高效率的激光输出。在此基础上，针对超短脉冲锁模固体激光的应用，探索将非熔融法制备技术的研究思路，应用于Yb:Sc2O3等其他高熔点三氧化二物体系激光晶体的生长。

本研究以Nd:YAG材料体系为主要研究对象，通过陶瓷材料的制备方法，采用烧结工艺，在低于Nd:YAG熔点的温度下，采用非熔融法制备高光学质量和高掺杂浓度的Nd:YAG单晶。通过对Nd:YAG烧结动力学、晶界迁移过程、液相及其含量对晶粒生长和晶界迁移的影响、烧结工艺、和激光输出性能等一系列问题的研究，实现Nd:YAG单晶非熔融法的制备。在三年时间里，通过YAG陶瓷制备工艺的优化，成功制备出多种不同稀土离子掺杂的激光陶瓷，并获得激光输出：Er:YAG透明陶瓷体系，实现13.8 W的1645 nm、以及14.0 W的1617 nm激光输出，斜率效率分别达54.5 %和51.7 %；Ho:YAG陶瓷，实现21.4 W的2097 nm激光输出，斜效率达63.6 %。采用非熔融法制备的Nd:YAG单晶，成功获得激光输出。 该研究工作对于传统的晶体生长工艺是有益的补充，该研究工作所采用的方法有望应用于一些用传统晶体生长方法生长困难、而又不是立方相难以制备出高光学质量透明陶瓷的材料的研究体系。