【摘 要】
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波长为578 nm的黄光激光在治疗视网膜黄斑病和激发Yb光晶格钟方面具有重要的作用。然而,能够直接产生黄光激光的Dy3+掺杂氟化物单晶的输出功率普遍较低。这是由于Dy3+的上、下激光能级具有相当的寿命,使得粒子数反转难以实现。我们通过共掺Tb3+以及使用高声子能量的LuAG陶瓷作为基体来降低Dy3+下能级的荧光寿命,有望在Dy,Tb:LuAG透明陶瓷中实现黄光激光振荡。基于以上背景,本论文开展的研
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波长为578 nm的黄光激光在治疗视网膜黄斑病和激发Yb光晶格钟方面具有重要的作用。然而,能够直接产生黄光激光的Dy3+掺杂氟化物单晶的输出功率普遍较低。这是由于Dy3+的上、下激光能级具有相当的寿命,使得粒子数反转难以实现。我们通过共掺Tb3+以及使用高声子能量的LuAG陶瓷作为基体来降低Dy3+下能级的荧光寿命,有望在Dy,Tb:LuAG透明陶瓷中实现黄光激光振荡。基于以上背景,本论文开展的研究工作如下:（1）以NH4HCO3为沉淀剂,通过共沉淀法合成了3at%Dy,1at%Tb:Lu3Al5O12（Dy,Tb:LuAG）纳米粉体,并采用真空烧结技术制备了Dy,Tb:LuAG透明陶瓷。研究了前驱体的热分解行为、粉体和陶瓷的显微形貌。研究表明:经过1100oC煅烧4 h后,前驱体分解完全,总失重为37.2%,可以获得分散性良好的Dy,Tb:LuAG纳米粉体。然而所获得的Dy,Tb:LuAG陶瓷内部却含有Al2O3第二相,导致陶瓷在578 nm处的直线透过率仅为14.6%。（2）为了解决富Al第二相的问题,我们对陶瓷的组分进行了调控,同时尝试了一种新的烧结制度。采用真空预烧3 h结合1700oC热等静压烧结（HIP）后处理制备了3at%Dy,1at%Tb:Lu3（1+x）Al5O12（X=0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、1.0%）透明陶瓷。研究表明:当补Lu含量X≥0.2at%,可以成功解决富Al第二相的问题。当X=1.0at%,HIP后的Dy,Tb:Lu3（1+1.0%）Al5O12获得了较佳的光学质量,在578 nm处直线透过率达到80.1%。（3）为了进一步提升Dy,Tb:Lu3（1+1.0%）Al5O12陶瓷的光学质量,我们对陶瓷的烧结制度进行了优化。研究了预烧温度及HIP温度对Dy,Tb:Lu3（1+1.0%）Al5O12陶瓷显微结构及光学质量的影响。研究表明:1600oC真空预烧3 h结合1600oC HIP后处理为最佳的烧结路径。并获得了在578 nm处直线透过率为83.6%（理论透过率为83.9%）的Dy,Tb:Lu3（1+1.0%）Al5O12透明陶瓷。（4）为了对比研究Dy,Tb:Lu3（1+x）Al5O12（X=1.0%）透明陶瓷的光谱性能。我们在相同的实验条件下,制备了Dy:Lu3（1+1.0%）Al5O12、Tb:Lu3（1+1.0%）Al5O12和Dy,Tb:Lu3（1+1.0%）Al5O12透明陶瓷。研究表明:它们在578 nm处的直线透过率分别为83.4%、83.2%和83.6%,均接近理论透过率。通过计算,Dy:Lu3（1+1.0%）Al5O12和Dy,Tb:Lu3（1+1.0%）Al5O12陶瓷在447 nm处的吸收截面分别为1.2×10-21cm~2和1.3×10-21cm~2。而Tb:Lu3（1+1.0%）Al5O12透明陶瓷在489 nm处的吸收截面仅为2.3×10-22cm~2。这表明Dy,Tb:Lu3（1+x）Al5O12（X=1.0%）透明陶瓷具有较大的吸收截面,有利于提升对泵浦光的吸收效率。
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