1.5μm被动调Q可饱和吸收体用Co:MgAl2O4透明陶瓷的制备

摘要

钴掺杂的镁铝尖晶石透明陶瓷是用于近红外区域工作的无源调Q固态激光器的有效材料.为制备具有高吸收截面和高透过率的Co:MgAl2O4透明陶瓷,采用共沉淀法合成钴掺杂的纯相镁铝尖晶石纳米粉体,并通过真空烧结结合热等静压烧结(Hot Isostatic Pressing,HIP),制备得到了高质量的0.05at％Co:MgAl2O4透明陶瓷,同时系统研究了预烧结温度对Co:MgAl2O4陶瓷微观结构和光学性能的影响.当预烧结温度从1500°C升高至1650°C,Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度从95.2％增大到98.5％,而当预烧温度升高至1700°C,Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度降低至97.7％.真空预烧后Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度较低,因此预烧后的Co:MgAl2O4陶瓷均为不透明的.当预烧温度从1500°C升高到1700°C,Co:MgAl2O4陶瓷的平均晶粒尺寸从2.3μm增大到11.3μm.经过HIP后处理后,在1550～1700°C×5 h真空预烧条件下的Co:MgAl2O4陶瓷都是透明的,而经过1650°C×5 h真空预烧结合1800°C×3 h HIP后处理的Co:MgAl2O4透明陶瓷表现出最佳的光学质量,在400和900 nm处的直线透过率分别为81.4％和85.9％,平均晶粒尺寸为16.8μm.在500～700 nm和1200～1600 nm波长范围内的宽吸收带表明Co2+已掺入尖晶石晶格中.此外,经计算,最佳光学质量的样品在1540 nm处的基态吸收截面为6.18×10–19 cm2,表明Co:MgAl2O4已经成为固态激光器中被动调Q可饱和吸收体的最有潜力的材料之一.