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人工晶体学报
中材人工晶体研究院
人工晶体学报

中材人工晶体研究院

沈德忠

月刊

1000-985X

jtxbbjb@126.com

010-65491290；65492963

100018

北京朝阳区红松园1号中材人工晶体研究院，北京733信箱

人工晶体学报/Journal Journal of Synthetic CrystalsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊报道我国在半导体材料、光电子材料、纳米材料、薄膜材料和超硬材料等领域在理论研究、生长技术、性能、品质鉴定、原料制备，以及应用技术和加工等方面的科研成果，同时介绍国内外晶体材料的发展动态与学术交流活动。学报是我国从事人工晶体研究人员与国外同行交流的一个重要窗口。
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    高熔点稀土氧化物激光晶体的研究进展

    任永春李健达曹笑黄燚...
    1829-1839页
    查看更多>>摘要：高熔点稀土氧化物因具备高热导率、高机械强度、低声子能量及较大的阳离子位点密度等优势，表现出大分凝系数、强电声子耦合及多晶格位点等特性，已成为高功率、超快及红外波段激光晶体研究的热点。然而，高熔点稀土氧化物熔点较高，特别是稀土倍半氧化物(约2 450℃)，晶体的生长十分困难。因此，尽管首次报道高熔点稀土氧化物晶体已过去数十年，但其发展至今仍处于初步阶段。近年来，随着对多种晶体生长技术的不断探索与优化，高熔点稀土氧化物的生长技术取得了突破，稀土离子掺杂的激光研究也愈加多样化。本文在总结高熔点稀土氧化物性能优势及晶体生长进展的基础上，重点介绍了在红外1、2、3 µm波段的高熔点稀土氧化物激光性能研究进展。

    激光晶体稀土氧化物倍半氧化物高熔点超快激光晶体生长

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    • 万方数据

    3D打印钇铝石榴石基激光陶瓷研究进展

    吉浩浩陈念江章健杨彧涵...
    1840-1867页
    查看更多>>摘要：先进固体激光器的发展方向是更高的输出功率和更优异的光束质量。稀土离子掺杂钇铝石榴石透明陶瓷是固体激光增益介质的优选材料，但泵浦过程中的热效应问题劣化光束质量，阻碍了输出功率进一步提升。复杂构型激光陶瓷泵浦时产热和散热更均匀，能够显著降低热效应。相比于传统制备方法，3D打印能够成型更复杂的设计结构，抑制热效应，并实现多模块器件的集成化和小型化，推动激光器走向更广泛的应用。本文首先介绍了复杂构型激光陶瓷的几种传统制备方法，并分析了优点和局限性。然后，系统综述了 3D打印制备钇铝石榴石基激光陶瓷的研究现状和存在的问题。3D打印方法包括直接墨水书写、立体光刻、数字光处理、材料喷射打印、双光子聚合和微连续液体界面打印。其中，立体光刻和数字光处理成型的样品中存在层间缺陷，导致严重的散射损耗;材料喷射打印结合干压成型可用于制造平面波导;双光子聚合和微连续液体界面打印适用于在微米尺度上制造高度复杂的结构;直接墨水书写不仅首次实现了激光陶瓷的制备，相关研究也最为广泛，目前是制备复杂构型激光陶瓷最有前景的方法。最后，对3D打印制备钇铝石榴石基激光陶瓷目前存在的问题和研究前景进行了总结。

    钇铝石榴石激光陶瓷3D打印复杂构型制备方法光学性能

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    Er3+掺杂CaYAlO4晶体光谱和激光性能研究

    张志恒侯文涛刘坚李东振...
    1868-1876页
    查看更多>>摘要：采用提拉法成功生长出掺杂浓度(原子数分数)为15％和30％的Er∶CaYAlO4晶体。研究了 Er∶CaYAlO4晶体偏振光谱性能和激光特性。测试了室温下晶体的偏振吸收光谱、偏振荧光光谱和荧光衰减曲线。CaYAlO4基质的无序性使吸收谱和发射谱呈现宽带特征。15％Er∶CaYAlO4晶体在σ偏振和π偏振的发射截面分别为1。22 × 10-20 cm2(2 712 nm)和 0。71 × 10-20 cm2(2 754 nm)，半峰全宽(FWHM)分别为 152 和 167 nm。随着 Er3+掺杂浓度升高，4I11/2和4I13/2能级的荧光寿命均有不同程度的下降，而且上下能级寿命比值(τlower/τupper)大幅减小。能量传递上转换过程ETU1不仅可以抑制自终止效应还可以提高2。7μm辐射跃迁量子效率。974 nm LD泵浦源的激发下，透过率1。5％的输出镜对应的激光性能最佳。c切15％Er∶CaYAlO4晶体在2 720 nm处最大输出功率为358 mW，斜效率为15。4％。

    Er∶CaYAlO4提拉法光谱性能激光性能激光晶体

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    Nd∶ASL单晶光纤的生长、光谱和激光性能研究

    郭俊刘坚王泽彬陈鹏...
    1877-1883页
    查看更多>>摘要：采用微下拉法制备了不同浓度Nd3+掺杂的Sr0。7La0。3Mg0。3Al11。7O19(Nd∶ASL)单晶光纤，并对其晶体结构、偏振光谱和连续激光性能进行了研究。计算得到Nd∶ASL单晶光纤的光谱参数Ω2、Ω4和Ω6分别为1。093 ×10-20、2。285 ×10-20和2。117 × 10-20 cm2。0。5％、1。0％、3。0％和5。0％Nd∶ASL单晶光纤4F3/2能级的荧光寿命分别为375、398、384 和363 µs。采用发射波长800 nm的激光二极管泵浦3。0％Nd∶ASL(原子数分数)单晶光纤，在1 055 nm处获得了 1。08 W的连续激光输出，斜效率为18。5％。研究结果表明采用微下拉生长的Nd∶ASL单晶光纤是一种有潜力的激光增益介质。

    微下拉法单晶光纤Nd∶ASL晶体生长光谱性能激光性能

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    Yb∶Lu2O3透明陶瓷的制备及激光性能研究

    李晴姜珍兴王莹马杰...
    1884-1891页
    查看更多>>摘要：稀土离子掺杂的倍半氧化物陶瓷材料具有高热导率、低声子能量、高激光损伤阈值等优势，在固体激光领域具有巨大的应用潜力。本文采用化学共沉淀法合成了高纯度、低团聚Yb∶Lu2O3陶瓷粉体，在氧气气氛下预烧后，结合热等静压(HIP)烧结制备了具有高致密度、高透过率的5％(原子数分数)Yb∶Lu2O3透明陶瓷。陶瓷的平均晶粒尺寸小于1 μm，在1 100 nm波长处的透过率超过81％。在974 nm波长处吸收截面为～0。97 × 10-20 cm2，在1。08 μm波长处的发射截面为～0。39×10-20 cm2。采用976 nm半导体激光器泵浦Yb∶Lu2O3陶瓷，室温条件下实现了 11。67 W的连续激光输出，对应的斜效率为55。3％，激光中心波长为1 080。1 nm。

    Yb∶Lu2O3倍半氧化物透明陶瓷光谱分析激光性能

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    • 万方数据

    不同掺杂浓度Er∶Lu2O3透明陶瓷的制备与性能研究

    刘子玉郑雯雯冯亚刚叶君豪...
    1892-1900页
    查看更多>>摘要：Er∶Lu2O3透明陶瓷具有高热导率、高抗热震性能、良好的光谱特性和低制备温度等优势，是实现近、中红外波段高效率、高功率激光输出的候选固态增益介质之一。针对Er∶Lu2O3透明陶瓷的应用激光波段，探究Er3+掺杂浓度对陶瓷制备和性能的影响，对实现高品质Er∶Lu2O3陶瓷的研制非常关键。本文以共沉淀法合成Er∶Lu2O3纳米粉体，采用真空预烧结合热等静压(HIP)烧结工艺制备出Er∶Lu2O3透明陶瓷。研究表明，1 100℃煅烧的Er∶Lu2O3纳米粉体物相与立方相Lu2O3 一致，10％Er掺杂浓度(原子数分数)粉体分散性更好。经过1 500℃预烧所得的0。3％和10％(原子数分数)Er∶Lu2O3陶瓷的平均晶粒尺寸分别为0。86和0。87 μm，相对密度分别为95。1％和96。2％。对应预烧陶瓷经过1 750 ℃ HIP后，在2 400 nm处直线透过率分别为71。6％和78。0％(厚度2。9 mm)，其中，0。3％Er∶Lu2O3陶瓷残留较多气孔，在短波范围直线透过率锐降。计算了 Er∶Lu2O3透明陶瓷的吸收和发射光谱，0。3％Er∶Lu2O3陶瓷在1。55 μm波段具有更高的吸收、发射截面。

    Er∶Lu2O3纳米粉体两步烧结透明陶瓷微观结构光学特性

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    层状复合结构YAG/Yb∶YAG透明陶瓷的制备与性能研究

    冯亚刚田丰刘子玉刘奕炀...
    1901-1908页
    查看更多>>摘要：以高纯商业氧化物粉体为原料，通过干压成型结合冷等静压成型得到满足设计的层状复合结构陶瓷素坯，然后采用真空预烧(1 750 ℃，30 h)结合热等静压烧结(1 750 ℃，3 h，200 MPa，Ar气氛)成功制备了高光学质量的双层和三层复合结构YAG/10％Yb∶YAG(原子数分数)透明陶瓷。研究了复合结构透明陶瓷的光学透过率、显微结构和元素分布等。结果显示，双层和三层复合结构YAG/Yb∶YAG透明陶瓷(4 mm厚度)在1 100 nm处的直线透过率分别为83。6％和84。1％。YAG与Yb∶YAG陶瓷区域均具有致密的显微结构，平均晶粒尺寸分别为29。0和34。5 μm。中心切面的元素面扫描与线扫描分析显示，YAG与Yb∶YAG陶瓷区域的界线平直，Yb元素基本只存在于Yb∶YAG陶瓷区域，表明层状复合结构透明陶瓷的实际结构与初始设计一致。

    YAG/Yb∶YAG层状复合结构透明陶瓷固相反应烧结显微结构

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    Cr掺杂YAG透明陶瓷的价态调控及光学性能研究

    黄秋凤邓志强陈剑郭旺...
    1909-1917页
    查看更多>>摘要：Cr4+∶YAG晶体材料是一种理想的被动调Q材料。利用MgO、CaO作为价态平衡剂和烧结助剂，采用低温真空预烧结结合热等静压(HIP)烧结成功制备了高光学质量的0。25％Cr4+∶YAG(摩尔分数)透明陶瓷。探索了 MgO、CaO及MgO-CaO双掺添加剂对Cr4+∶YAG陶瓷的透过率、吸收光谱和荧光性能的影响规律。研究发现，相较于CaO和MgO-CaO双掺添加剂，MgO在1 550 ℃低温真空预烧结时展现出了最好的Cr4+∶YAG助烧致密化作用。尤其当MgO添加的摩尔分数为0。25％时，陶瓷相对密度高达98％。在1 680 ℃ HIP烧结之后的Cr4+∶YAG陶瓷在1 400 nm处直线透过率达到了最高值84。4％。与此同时，在1 400 ℃退火处理20 h后，Cr4+∶YAG陶瓷尽管仍存在部分Cr3+，但在1 030 nm处Cr4+的吸收系数高达3。0 cm-1。

    Cr4+∶YAG陶瓷价态调控光学性能透明陶瓷烧结助剂

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    Yb∶CaF2透明陶瓷的压力辅助烧结及其性能研究

    刘强李想郭礼豪TOCI Guido...
    1918-1926页
    查看更多>>摘要：本文采用化学共沉淀法合成了 5％(原子数分数，下同)Yb∶CaF2纳米粉体。经过冷冻干燥后，粉体的团聚程度有所减轻，粉体呈立方片层状，平均颗粒尺寸约为40 nm。以冷冻干燥后的粉体为原料，通过热压烧结结合热等静压(HIP)烧结后处理制备了高光学质量的5％Yb∶CaF2透明陶瓷。分析了热压烧结过程中样品的致密化行为，并对陶瓷的显微结构、直线透过率、吸收光谱及激光性能进行测试与表征。结果表明，陶瓷坯体在热压烧结时的保温阶段存在致密化驱动力的激活阈值，同时HIP后处理能够进一步压缩和排除热压陶瓷内残留气孔，有效提高陶瓷的光学质量。通过热压烧结(625 ℃ ×2 h，50 MPa)结合HIP后处理(600 ℃ ×3 h，100 MPa Ar)制备的5％Yb∶CaF2透明陶瓷在400和1 200 nm处的直线透过率分别为72。6％和92。2％(厚度2 mm)，其在976 nm处的吸收截面为0。52 × 10-20 cm2。使用波长为930 nm的光纤耦合二极管激光器(LD)端面泵浦Yb∶CaF2透明陶瓷，获得了最大输出功率为0。81 W、斜率效率为9。7％的准连续激光输出。

    Yb∶CaF2透明陶瓷热压烧结热等静压烧结显微结构激光性能

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    铽铝石榴石磁光陶瓷真空固相反应制备及格位取代研究进展

    陈杰沈世纪田燕娜周圣明...
    1927-1935页
    查看更多>>摘要：作为一类典型的高能固体激光系统用石榴石透明陶瓷，铽铝石榴石(Tb3Al5O12，TAG)磁光陶瓷以其优良的磁光性能和高功率服役特性成为相关领域的研究焦点。本文聚焦于真空固相反应法制备TAG磁光陶瓷，尤其是烧结助剂和格位掺杂改性等方面的优化工作，通过对比得到了 TAG陶瓷较为合适的添加剂种类，总结了 TAG陶瓷长期以来质量难以进一步提升的根本原因，即对较大剂量烧结助剂的依赖和烧结助剂残留导致的组分不均匀性之间的矛盾关系。针对以上问题，介绍了本团队近期的研究进展，即一种通过Mg2+-Si4+格位共掺，在不减少MgO和TEOS绝对用量的情况下，通过一步真空固态烧结工艺制备更高光学质量TAG陶瓷的方法，最佳样品在1 064 nm处的透过率达到82。48％。采用晶格掺杂而非传统质量比添加烧结助剂，有望为高能激光系统用石榴石透明陶瓷质量进一步突破提供一种新的有效思路。

    TAG磁光透明陶瓷烧结助剂组分不均匀性格位共掺Mg2+-Si4+

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