掺钴镁铝硅基玻璃陶瓷可饱和吸收体的制备方法技术

一种实现１．５３μｍ波段超短激光脉冲被动调Ｑ的掺钴镁铝硅基玻璃陶瓷可饱和吸收体的制备方法，该玻璃的摩尔百分比组成为：ＳｉＯ２：４７．５－５４．５ｍｏｌ％，Ａｌ２Ｏ３：１６－２２ｍｏｌ％，ＭｇＯ：１６－２３ｍｏｌ％，ＴｉＯ２：６ｍｏｌ％，ＺｒＯ２：４ｍｏｌ％和ＣｏＯ：０．５ｍｏｌ％。其制备方法是先使用传统的熔融法在硅钼棒熔炉中制备出硅酸盐玻璃，然后通过热处理工艺，在玻璃内部获得纳米尺寸晶相的析出，制得透明的ＭｇＡｌ２Ｏ４纳米晶透明玻璃陶瓷。本发明专利技术的工艺简单，晶化过程容易控制。相比单晶材料而言，生产周期短，成本低廉，且具有高的激光破坏阈值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光功能玻璃陶瓷材料，特别是一种实现1. 53 m波段超短激光脉冲被 动调Q的。
技术介绍
随着激光技术的发展，为提高激光器的某些性能，如压縮激光脉冲宽度和增大脉冲输出功率，出现了调Q技术。常见的调Q技术有主动式调Q和被动式调Q两种。主动式 调Q激光器，是用电光调Q或机械转镜调Q等，这类调制技术都要求外加脉冲高压电源或高 频驱动信号源，激光系统复杂、庞大，价格昂贵。相对于这些主动调Q技术而言，用腔内可 饱和吸收体的被动调Q技术是一种简单的技术，它具有结构简单、价格便宜、运转可靠等优 点，在中小功率激光器中被广泛采用。 对于不同波长的激光已经发展了许多可饱和吸收被动Q开关材料。在1. 53微 米被动Q开关材料方面，南加州大学的激光研究中心首先研制报道了一些掺杂不同离子 (如u2+、 Co2+和Er3+等离子)的晶体材料作为被动Q开关，掺杂这类离子的晶体材料可用 于1. 53微米波长的铒玻璃激光器。众所周知，制备高质量的晶体材料具有很高的难度和成 本，使得此类Q开关材料具有很高的价格。近年来，随着微晶玻璃制备技术的发展，Co2+掺 杂微晶玻璃Q开关材料的研制受到广泛的关注，其中尤以Co2+掺杂硅酸盐玻璃析出镁铝尖 晶石晶相(MgAl204)的透明玻璃陶瓷材料研究居多，研究机构主要是俄罗斯和白俄罗斯的 有关研究院所(参见在先技术1 :AlexanderM. Malyarevich， Igor A. Denisov， Konstantin V. Y咖ashev，et al， Cobalt doped transparentglass ceramic as a saturable absorber Q switch for erbium :glass lasers, A卯l. Opt. ， 40 (24) ， 4322 (2001) )。该研究机构在制 备镁铝尖晶石晶相的玻璃陶瓷方面做了大量的工作，然而其制备的玻璃陶瓷的晶相为单一 的镁铝尖晶石晶相，而且其玻璃的熔化时间较长，需要在160(TC长时间熔化，为了获得均匀 的玻璃，其搅拌耗时达8小时，这大大增加了耗能成本，不利于高性价比玻璃陶瓷材料的制 备。山东大学段秀兰等(参见在先技术2 :X. L. Duan，D. R. Ruan，F. P. Yu，et al， transparent cobalt dopedMgO_Ga203_Si02nano glass ceramic composites, Appl. Phys丄ett. ， 89， 183119(2006).)也开展了溶胶凝胶法制备此类玻璃陶瓷材料的研制工作，采用溶胶凝胶法 制备玻璃基体虽然可以使用较低的熔化温度，然而由于有机成分挥发造成玻璃基体材料中 含有大量的气孔，会大大增大光散射损耗，不利于激光输出。 鉴于1. 53iim脉冲激光在激光测距等领域的重要性，进一步探索和发展Cc)2+掺杂 新型透明玻璃陶瓷Q开关材料具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服或改进上述现有技术的不足，提供一种用于1. 53 m波段 超短激光脉冲被动调Q的。该方法的熔制 工艺简单，所用原料及成本较低，热处理过程的析晶过程可控性高，获得的透明玻璃陶瓷适用于1. 53 m波段超短激光脉冲的被动调Q。 本专利技术通过对熔制好的基体玻璃进行精密热处理，在玻璃内部获得纳米级尺寸的 晶相析出，制得透明的微晶玻璃，Co2+进入析出的镁铝化合物纳米晶晶相中，从而使Co2+处 于四配位环境进而获得近红外波段的可漂白性能。 本专利技术具体的技术解决方案如下 —种实现1. 53 ii m波段超短激光脉冲被动调Q的掺钴镁铝硅基玻璃陶瓷可饱和吸收体的制备方法，其特点在于该方法包括下列步骤 ①该基体玻璃组成的摩尔百分比为 组成 mol% Si02 47 . 5 54. 5 A1203 16 22 MgO 17 23 Ti02 6 8 Zr02 2 4 CoO 0.5， 选定基体玻璃组成的摩尔百分比后并按该摩尔百分比计算出玻璃各原料的重量， 然后称量各原料，混合均匀形成混合料； ②将混合料放入坩埚中，置于140(TC的硅钼棒电炉中烧结2小时；将烧结后的原 料进行粉碎研磨后，置于160(TC的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为2小时，制成玻璃； 然后将此玻璃重新进行粉碎研磨成玻璃粉末料； ③将所述的玻璃粉末料再次置于160(TC的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为2 小时，然后进行搅拌，搅拌时间为2小时，制成玻璃液； ④将所述的玻璃液浇出后放入已升温至转变温度的马弗炉中，保温2小时后，降 至室温，获得基体玻璃； ⑤将所述的基体玻璃升温至800°C ，保温成核时间为10 20小时，然后继续升温至90(TC，保温析晶时间为2 5小时，降至室温，得到透明的玻璃陶瓷。 所述的原料的引入方式为 Si02 ; A1203或Al (OH) 3 ; MgO ;Ti02 ;Zr02 ; CoO，或Co203或Co (N03). 6H20。 所述的Ti02和Zr02作为析晶成核剂，成核剂总量为10% ，其中Ti02含量大于或等 于6mol % ， Zr02含量大于或等于2mol % 。 所述的坩埚为白金坩埚或刚玉坩埚。 本专利技术的技术效果如下 本专利技术提供了一种新的制备方法，基于140(TC进行固相反应烧结和160(TC二 次熔融技术，获得最终的较为均匀的基体玻璃。可以大大减少玻璃熔制过程中在高温段 (1600°C)的生产时间，从而降低生产成本。 本专利技术中的基体玻璃在提供的热处理工艺下，析晶可控性高。 本专利技术制备的透明玻璃陶瓷材料，经闪光灯泵浦磷酸盐铒玻璃棒激光实验证实具 有调Q性能，可获得小于100ns的脉宽激光输出。附图说明 图1为本专利技术中实施例2#所获得的基体玻璃和玻璃陶瓷的吸收光谱，样品厚度为 0. 35mm。 图2为本专利技术中实施例8#制备的透明玻璃陶瓷的XRD衍射图谱。经与标准衍射 图谱进行比对，析出的晶相为镁铝化合物。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范 围。 下表中给出了本专利技术16个具体实施例的玻璃组成及热处理工艺参数。 组分(mol% )1#2#3#4#5#6#7#8#Si0247. 554. 549. 549. 552. 548. 554. 551. 5A12032216171917201818MgO2019232120211720Ti0286666676Zr0224444434CoO0. 50. 50. 50. 50. 50. 50. 50. 58ocrc保温(小时)15151515151515159ocrc保温(小时)33333333晶粒尺寸(纳米)3838394241414039组分(mol% )9#10#11#12#13#14#15#16#Si0254. 554. 554. 554. 551. 551. 551. 551. 5A12031616161618181818MgO1919191920202020<table>table see original document page 6</column></row><table&g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现１．５３μｍ波段超短激光脉冲被动调Ｑ的掺钴镁铝硅基玻璃陶瓷可饱和吸收体的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：　　①该基体玻璃组成的摩尔百分比为：　　组成　ｍｏｌ％　　ＳｉＯ↓［２］　４７．５～５４．５　　Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］１６～２２　　ＭｇＯ　１７～２３　　ＴｉＯ↓［２］　６～８　　ＺｒＯ↓［２］　２～４　　ＣｏＯ　０．５，　　选定基体玻璃组成的摩尔百分比后并按该摩尔百分比计算出玻璃各原料的重量，然后称量各原料，混合均匀形成混合料；　　②将混合料放入坩埚中，置于１４００℃的硅钼棒电炉中烧结２小时；将烧结后的原料进行粉碎研磨后，置于１６００℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为２小时，制成玻璃；然后将此玻璃重新进行粉碎研磨成玻璃粉末料；　　③将所述的玻璃粉末料再次置于１６００℃的硅钼棒电炉中进行熔化，熔化时间为２小时，然后进行搅拌，搅拌时间为２小时，制成玻璃液；　　④将所述的玻璃液浇出后放入已升温至转变温度的马弗炉中，保温２小时后，降至室温，获得基体玻璃；　　⑤将所述的基体玻璃升温至８００℃，保温成核时间为１０～２０小时，然后继续升温至９００℃，保温析晶时间为２～５小时，降至室温，得到透明的玻璃陶瓷。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于春雷，何冬兵，陈力，王孟，胡丽丽，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]