Получение лазерных керамик с широкой полосой усиления и исследование их характеристик

Abstract

Сообщается о синтезе лазерных керамик на основе Re3+:Y2O3 (Re3+=Nd3+, Yb3+, Ho3+) с широкой полосой люминесценции, реализуемой благодаря введению изо- и гетеровалентных ионов Lu3+, Zr4+, Hf4+. Нанопорошки приготавливались по двум подходам, в которых введение примесных ионов осуществлялось путём механического смешивания необходимых компонентов (первый подход) либо непосредственно в процессе лазерного испарения твердой мишени сложного химического состава (второй подход). Показано, что наилучшими характеристиками обладают керамики, синтезированные по второму подходу. Светопропускание Ho:Y2O3–ZrO2, Nd:Y2O3–HfO2 и (Yb:LuxY1-x)2O3–ZrO2 керамик достигает, соответственно 82.1, 79.8 и 80.6% на длине волны 1.06 µм. В керамиках с добавками циркония и гафния имеет место уширение полос излучения на лазерных переходах ионов неодима с 10 до 37 нм и ионов иттербия до 75 нм. Показано, что эффективное время жизни уровня 4F3/2 иона Nd3+ уменьшается на 5-6 % при введении в оксид иттрия 12 мол. % ZrO2 и увеличивается на ~15% при добавке 10 мол.% HfO2.

The fabrication of Re:Y2O3-based (Re3+=Nd3+, Yb3+, Ho3+) transparent ceramics with broad luminescence bandwidth realized by doping with iso- and heterovalent ions (Lu3+, Zr4+, Hf4+) is reported. These ions were introduced in nanopowder by mechanical mixing of required oxides (1st approach) or directly in the process of laser evaporation of target with complex chemical composition (2nd approach). It was shown that ceramics of the second approach possess better characteristics. The transmittances of Ho:Y2O3–ZrO2, Nd:Y2O3–HfO2 and (Yb:LuxY1-x)2O3–ZrO2 ceramics reach, respectively 82.1, 79.8 and 80.6% at the wavelength of 1.06 μm. The additives of zirconium and hafnium broaden the luminescence bands of laser transitions from 10 to 37 nm and to 75 nm for Nd3+ and Yb3+ ions, respectively. It is shown that effective lifetime of 4F3/2 level for Nd3+ ion reduces by 5-6% at 12 mol.% ZrO2 doping concentration and enhances by ~15% at 10 mol. % HfO2.