用于激光器的陶瓷非立方氟化物材料制造技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷非立方氟化物激光材料及其制作方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及激光材料以及它们的制备方法。
技术介绍
固态光源当前正进入许多不同照明应用并且取代传统白炽灯和气体放电灯。对于具有最高光学需求的应用(例如投影、光纤应用)，激光器被认为是理想光源。许多应用现在已经由半导体二极管激光器来提供，然而，当应用需要利用半导体二极管不可达到的特殊波长时，通常二极管泵浦固态激光器将被用于生成期望激光波长。对于许多类型的这些二极管泵浦固态激光器，诸如LiYF4 (YLF)的非立方三元氟化物材料是常用的材料。突出示例·为:基于Pr = LiYF4的蓝色二极管泵浦固态激光器，其生成用于投影的缺失的绿色波长；Nd:LiYF4激光器，其具有在近红外的发射；或者Tm，HckYLF激光器，其用于2Mm波长附近的应用。然而，目前这些材料仅仅作为单晶材料可获得，单晶材料尤其具有晶体之间添加(dotation)不均勻的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光材料，其能够至少部分地克服上述缺点并且其允许更均匀的添加分布。此目的是通过根据本专利技术的权利要求1的激光材料解决。因此提供了一种特别是在固态激光器中使用的陶瓷非立方氟化物激光材料。在本专利技术的意义上术语“陶瓷材料”是指和/或包括特别是基本上结晶或多晶紧凑材料或者具有受控数量的孔隙或无孔隙的复合材料。在本专利技术的意义上“基本上”是指和/或包括特别是>90(wt_)%，更优选地>95 (wt_) % 以及更优选地 >98 (wt_) %。在本专利技术的意义上术语“非立方”是指和/或包括特别是基本单元不是立方类型的材料。在本专利技术的意义上术语“氟化物的”是指和/或包括特别是-除了在彡2wt_%，优选地< lwt%范围中不可避免的杂质之外-材料中所有阴离子为氟离子。在本专利技术的意义上术语“激光材料”是指和/或包括这样的材料，其在固态激光器中是活性材料并且因此表现出在泵浦波长的吸收以及在激光波长的受激发射。令人惊讶地发现，对于在本专利技术中的宽范围应用，这种激光材料具有至少一个下述优点: -在材料之间的添加更均匀 -对于陶瓷材料而言，材料的实际形状方面的自由度高于单晶。-对于某些应用需要复合结构的情形，通常利用陶瓷材料而非单晶从而更容易实现该复合结构。根据本专利技术的优选实施例，陶瓷非立方氟化物激光材料(出于可读性目的，从这里开始将称为“激光材料”)具有定向晶体结构。术语“定向晶体结构”特别是指和/或包括陶瓷本体的各个微晶相对于非立方晶体结构的定义轴共享基本上相同取向并且/或者沿着非立方晶体结构的定义轴定向。根据优选实施例，激光材料选自包括LiYF4, LiGdF4, LiLuF4, KYF4, NaYF4, K2YF5,LiKYF5, LiKGdF5, LiCaAlF6, LiSrAlF6, K5LaLi2F10, BaY2F8, BaYb2F8 及其混合物和 / 或组成的群组-诸如(但不限于)Li (Y, Gd) F4, Li (Y, Lu) F4或类似物-掺杂有下述离子中的一种或多种:Ce3+, Pr3+，Nd3+，Sm3+，Eu3+，Tb3+，Dy3+，Ho3+，Er3+，Yb3+，Tm3+，U3+，Cr3+ 或其混合物。本专利技术的另一目的是提供一种用于根据本专利技术的激光材料的制作的方法。此目的是通过根据本专利技术的权利要求4的方法来解决。因此，提供一种包括单轴热压制步骤的，用于特别是在固态激光器中使用的陶瓷非立方氟化物激光材料的制作的方法。令人惊讶地发现，通过使用这种方法，根据本专利技术的激光材料可以容易地制成并且具有用于宽范围的应用的良好材料特征。在本专利技术的上下文中使用的术语〃热单轴压制〃在本领域中是众所周知的，并且被理解为涉及在应用热量情况下通过刚性模具或活塞，通过在单一轴方向上应用压强而将粉末紧凑到刚性模子(mould)中。优选地，该方法包括单一轴单轴热压制步骤。这已经被发现在实践中对于许多应用是有利的。根据本专利技术的优选实施例，热压制步骤是在比激光材料的熔化温度低> 10且彡220°C的范围的温度执行。这已经在实践中表现出是有用的，因为这样可以制成最佳的陶瓷。优选地，热压制步骤是在比激光材料的熔化温度低> 151:且< 200°C，更优选地> 200C且彡100°C的范围的温度执行。根据本专利技术的实施例，在热压制之前或期间，优选地在彡0.1 (wt)%且彡5wt%，更优选地在彡l(wt)%且彡2wt%的范围的助焊剂助剂被添加到激光材料。然而，这是自愿地并且对于许多应用已经发现可以省略助焊剂助剂。合适的助焊剂助剂为诸如四氟硼酸盐、六氟硅酸盐和六氟铝酸盐的氟化物材料。此目的另外通过根据本专利技术的权利要求7的方法来解决。因此，提供一种包括挤出步骤的，用于特别是在固态激光器中使用的陶瓷非立方氟化物激光材料的制作的方法，其中挤出是通过从压缩空间将非立方氟化物激光材料压制经过孔口来执行。令人惊讶地发现，通过使用这种方法，根据本专利技术的激光材料可以容易地制成并且具有用于宽范围的应用的良好材料特征。作为附加优点，已经发现根据此方法制成的陶瓷材料通常由于挤出步骤而具有定向晶体结构。不受任何理论约束，专利技术人认为通过使用这种类似挤出的技术，材料经历从粉末到定向陶瓷的相变。根据本专利技术的优选实施例，挤出是通过从压缩空间将非立方氟化物激光材料压制经过孔口来执行，其中在截面视图中孔口的区域为压缩空间的最大直径的> 0.5%。 优选地,在截面视图中，孔口的区域为压缩空间的最大直径的彡0.5%且彡20%，更优选地> 1%且彡15%以及最优选地> 2%且彡10%。优选地，挤出步骤经由单轴热压制步骤或者在单轴热压制步骤期间发生。这已经被发现是有利的，因为通过这样操作，孔口可以通过使用具有(至少一个)柱塞和模具的装置来实现，其中柱塞的直径小于模具的内径。根据本专利技术的优选实施例，挤出步骤是在比激光材料的熔化温度低> 10且≤220°C的范围的温度执行。这已经在实践中表现出是有用的，因为这样可以制成最佳的陶瓷。优选地，热压制步骤是在比激光材料的熔化温度低≥ 15℃且≤ 200°C，更优选地≥ 20℃且彡100°C的范围的温度执行。根据本专利技术的优选实施例，在挤出步骤期间，挤出材料的流量由温度和压强调节为≥0.02g/h/mm2且≤20g/h/mm2的质量流速。通过如此操作，已经发现对于本专利技术中的大多数应用，材料可以容易且有效地被转换为陶瓷。优选地，质量流速为≥0.lg/h/mm2且≤10g/h/mm2。根据本专利技术的优选实施例，在截面视图中，孔口的区域为方形、矩形、圆形或任何其它期望形状，从而提供形成方形棒、条、纤维或具有任何其它期望截面形状的本体的挤出的非立方氟化物激光材料。根据本专利技术的实施例，在热压制之前或期间，优选地在彡0.1 (wt)%且彡5wt%，更优选在彡l(wt)%且<2wt%的范围的助焊剂助剂被添加到激光材料。然而，这是自愿地并且对于许多应用已经发现可以省略助焊剂助剂。合适的助焊剂助剂为诸如四氟硼酸盐、六氟硅酸盐和六氟铝酸盐的氟化物材料。本专利技术另外涉及一种包括根据本专利技术的激光材料和/或上文所示根据本专利技术的方法制成的激光材料的系统，该系统在一个或多个下述应用中被使用: 固态激光器 数字投影 纤维光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.02 EP 10193405.71.一种陶瓷非立方氟化物激光材料。2.根据权利要求1的材料，其中该材料具有定向晶体结构。3.根据权利要求1或2的材料，其中该材料选自包括LiYF4，LiGdF4,LiLuF4，KYF4，NaYF4,K2YF5, LiKYF5, LiKGdF5, LiCaAlF6, LiSrAlF6, K5LaLi2F10, BaY2F8, BaYb2F8 以及其混合物和三元成份的群组，掺杂有下述离子中的一种或多种:Ce3+，Pr3+，Nd3+，Sm3+，Eu3+，Tb3+，Dy3+，Ho3+，Er3+，Yb3+，Tm3+，U3+，Cr3+ 或其混合物。4.一种包括单轴热压制步骤的用于陶瓷非立方氟化物激光材料的制作的方法。5.根据权利要求4的方法，其中该热压制步骤为单一轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：U维奇曼恩，U马肯斯，J奥皮茨，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：