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上海硅酸盐研究所在大尺寸、低散射损耗激光陶瓷研制中取得重大进展

2017-02-10 09:23
flinay
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激光技术对于经济社会发展和国家安全具有极其重要的战略意义,而激光材料是激光技术发展的核心和基础。作为新一代固体激光材料—透明激光陶瓷,对国家安全和国民经济可持续发展具有重大意义,是陶瓷材料研究领域结构功能一体化的典范。大尺寸、低光学散射损耗激光陶瓷的研究具有很强的前瞻性、关键性与基础性,不仅对材料科学发展意义重大,而且对高技术产业发展也具有重要意义。

中国科学院上海硅酸盐研究所透明与光功能陶瓷课题组自2006年国内首次实现Nd:YAG透明陶瓷的激光输出后(J. Am. Ceram. Soc., 2007, 1629),在高性能激光陶瓷材料的设计、制备与性能研究中取得一系列重要的研究进展(Opt. Mater., 2008, 31,6),相继实现了Yb:YAG(J. Am. Ceram. Soc., 2007, 90, 3334;Opt. Express, 2009,17, 17734;Opt. Express, 2012, 20, A489)、Tm:YAG(J. Am. Ceram. Soc., 2009, 92, 2434)、Ho:YAG(Laser Phys. Lett., 2010, 7, 351)和Er:YAG(J. Am. Ceram. Soc., 2012, 95, 1029)透明陶瓷的高效、连续激光输出。由于激光陶瓷具有制备上的优势,可以获得复合结构,有望解决目前高功率固体激光发展遇到的热问题,实现高光束质量、高功率激光输出。课题组成功制备了高质量复合结构YAG/Nd:YAG透明陶瓷,并且实现了连续激光输出(Int. J. Appl. Ceram. Tech., 2008, 5, 360;J. Alloy Compd., 2012, 527, 66)。此外,课题组在湿化学法制备YAG纳米粉体和透明陶瓷的研究中也取得了重要进展(J. Eur. Ceram. Soc., 2011, 31,653;J. Eur. Ceram. Soc., 2012, 32, 2971)。

2011年,透明光功能陶瓷课题组的单片Nd:YAG陶瓷板条实现了2.44kW准连续激光输出(J. Alloy Compd., 2012, 538, 258)。2013年,理化所采用我所提供的Nd:YAG陶瓷板条(120mm×50mm×3mm)实现了1064nm激光输出达4350W(国内最高),光光效率43.6% (Opt. Laser Technol., 2014, 63, 50-53)。国际上仅次于美国达信公司采用日本陶瓷板条获得的结果,与同样参数的晶体板条激光模块输出功率相当。该Nd:YAG陶瓷板条激光与美国达信公司陶瓷板条激光系统中单板条激光输出功率7.5kW处于同一量级。这标志着中国在激光陶瓷领域取得了重大突破,处于国际先进水平。在Nd:YAG激光透明陶瓷的光学总损耗仍是单晶(约0.002cm-1)的数倍情况下,Nd:YAG陶瓷的激光热损伤阈值比相同掺杂浓度的Nd:YAG晶体高出64%(Opt. Lett., 2014, 39, 1965; IEEE J. Sel. Top. Quantum. Electron., 2015, 21, 1206408)。高功率陶瓷激光具有巨大的应用潜力,它在将来的激光技术中具有不可替代的地位。因此,激光陶瓷为固体激光技术(特别是高能激光技术),开辟了一条新途径,具有十分重大的意义。

研究工作得到了国家自然科学基金重大专项、国家自然科学重点项目、国家863项目、中国科学院方向性项目、上海市基础研究重点项目、中国科学院上海硅酸盐研究所科技创新重大项目等的资助和支持。

大尺寸Nd:YAG透明陶瓷实物照片

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