本發明涉及全固態固體激光器領域，特別涉及一種板條激光陶瓷的制備方法及板條激光陶瓷。

背景技術：

全固態固體激光器有棒狀、板條狀、圓盤狀以及光纖激光器等不同的結構型。對于任何固體激光器，如果要散去激光增益介質中的熱量，就會產生溫度梯度，導致熱負載的激光增益介質出現熱感生的聚焦、應力感生的雙聚焦和雙折射等光學畸變。這些熱致效應對激光光束質量有嚴重的影響，最終這些缺陷都會限制激光輸出的功率和光束質量。“之”字形板條激光器，使光束在板條結構的增益介質中沿著“之”字形傳輸，可以補償由于溫度梯度所造成的波前畸變和偏振特性變化，有利于提高激光的輸出功率，有利于獲得良好的激光光束質量。因此，“之”字形板條激光器在千瓦級甚至萬瓦級的板條固體激光器方面得到了廣泛的研究和應用。

在全固態激光器中，應用最為廣泛的工作物質是單晶增益介質。但是單晶增益材質受困于材料本身生長的限制，無法滿足對于大尺寸、高濃度摻雜、短制作周期以及低成本光學增益材料的要求。近年來對陶瓷激光器的研究成果表明，采用透明陶瓷作為工作物質的激光器與采用單晶為增益介質的激光器相比，性能相差無幾甚至更優。透明激光陶瓷材料采用冷壓-燒結工藝，使得不同結構、不同形狀的激光板條增益介質成為現實。因此，透明激光陶瓷材料在激光測距、激光制導、目標指示、空間遙感等關乎國家安全和經濟的軍事尖端技術領域應用方面得到快速發展。

目前，板條激光器多采用單一摻雜濃度的激光增益介質結構，使激光介質內部產生泵浦功率密度不均勻的問題，從而在泵浦方向上產生很大的溫度梯度，導致很大的熱應力，制約著激光器激光功率和激光光束質量的進一步提高。

技術實現要素：

鑒于上述問題，本發明提供了一種板條激光陶瓷的制備方法及板條激光陶瓷。

本發明提供的板條激光陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

在無摻雜yag粉體中摻入激活離子，得到摻雜yag粉體；

利用所述無摻雜yag粉體和所述摻雜yag粉體按照預設的板條結構進行進行逐層噴涂得到板條激光陶瓷坯體，其中，每一層中每個位置所述無摻雜yag粉體和所述摻雜yag粉體的噴出量均根據所述預設的板條結構得到；

采用等靜壓成型和真空燒結工藝，將所述板條激光陶瓷坯體燒結成型，得到板條激光陶瓷。

本發明還提供了利用上述方法制備得到的板條激光陶瓷。

本發明有益效果如下：

本發明實施例通過采用增材制造的方法，通過控制激光陶瓷粉體的摻雜濃度，可以獲得摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷，可以使激光器吸收更大的泵浦功率，泵浦光吸收功率密度在激光增益介質中分布更均勻，可以處理板條激光陶瓷內部的廢熱，減小熱效應的影響，降低板條激光陶瓷引起的被放大光束的波前畸變，同時提高板條激光陶瓷端面的抗損傷能力，實現固體激光器的高功率、高光束質量的激光輸出。

附圖說明

圖1是本發明方法實施例的板條激光陶瓷制備方法的流程圖；

圖2是實例1中摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷的結構示意圖；

圖3是實例2中摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷的結構示意圖；

其中，1、摻雜區；2、非摻雜區。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

為了解決現有技術中激光介質內部產生泵浦功率密度不均勻和熱應力方面的欠缺，本發明提供了一種板條激光陶瓷的制備方法，以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不限定本發明。

根據本發明的方法實施例，提供了一種板條激光陶瓷的制備方法，圖1是本發明方法實施例的板條激光陶瓷制備方法的流程圖，如圖1所示，根據本發明方法實施例的板條激光陶瓷的制備方法包括如下處理：

步驟101，在無摻雜yag粉體中摻入激活離子，得到摻雜yag粉體。

步驟102，利用所述無摻雜yag粉體和所述摻雜yag粉體按照預設的板條結構進行進行逐層噴涂得到板條激光陶瓷坯體，其中，每一層中每個位置所述無摻雜yag粉體和所述摻雜yag粉體的噴出量均根據所述預設的板條結構得到。

步驟103，采用等靜壓成型和真空燒結工藝，將所述板條激光陶瓷坯體燒結成型，得到板條激光陶瓷。

作為本發明實施例的另一實施例，在步驟102利用所述無摻雜yag粉體和所述摻雜yag粉體按照預設的板條結構進行進行逐層噴涂得到板條激光陶瓷坯體之前，還包括：將無摻雜yag粉體和所述摻雜yag粉體放入增材制造設備的盛料箱中。

作為本發明實施例的另一實施例，在步驟103得到板條激光陶瓷之后，還包括：將所述板條激光陶瓷減薄成型，并進行端頭切割，以使所述板條激光陶瓷達到需要的角度和尺寸。

具體的，所述激活離子選取以下中的一種或幾種：nd離子、yb離子、er離子、tm離子。

具體的，所述摻雜yag粉體中激活離子的摻雜濃度按原子數百分含量計為3％～5％。

本發明的摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷的制備方法是，采用增材制造的方法，通過控制激光陶瓷粉體的摻雜濃度，獲得設計所要求的摻雜濃度連續漸變的板條激光陶瓷坯體，然后按照激光陶瓷的等靜壓成形和真空燒結工藝對陶瓷坯體高溫燒結成型。以nd：yag材料為例：首先，選擇性能優異的無摻雜yag粉體和高摻雜濃度nd：yag粉體，即有高的相純度、顆粒尺寸在納米級、尺寸均一無團聚的粉體。將無摻雜的yag粉體和高摻雜濃度nd：yag粉體分別放入增材制造設備的兩個盛料箱中，通過電腦系統的設置調控盛料箱噴出兩種粉體的量，從而獲得所需摻雜濃度的nd：yag粉體，按照設計的連續漸變板條結構進行噴涂，獲得摻雜濃度連續漸變的板條激光陶瓷坯體。然后按照激光陶瓷的等靜壓成形和真空燒結工藝，將板條激光陶瓷坯體高溫燒結成型。最后減薄板條激光陶瓷兩表面部分至所需厚度，切割端頭至所需要角度以及所需長度，精拋光。

本發明的摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷，其中所述的板條激光陶瓷的端頭優選采用布儒斯特角切割或45°角切割，兩端可以是平行的，板條成平行四邊形結構，或者兩端面也可以是相向成梯形結構。

本發明還提供了利用本發明方法實施例的制備方法制備得到的板條激光陶瓷。

具體的，所述板條激光陶瓷包括：復合區，及分別位于所述復合區左右兩端的兩個非摻雜區；所述復合區包括三層，由上到下依次為上摻雜層、非摻雜層及下摻雜層；所述非摻雜區及所述非摻雜層均由無摻雜yag粉體所組成；所述上摻雜層和所述下摻雜層均由摻雜yag粉體和無摻雜yag粉體共同組成，且在所述上摻雜層和所述下摻雜層中激活離子的摻雜濃度漸變。

具體的，所述板條激光陶瓷包括：摻雜區，及分別位于所述摻雜區左右兩端的兩個非摻雜區，其中，所述非摻雜區由無摻雜yag粉體所組成，所述摻雜區由摻雜yag粉體和無摻雜yag粉體共同組成，且在所述摻雜區中激活離子的摻雜濃度漸變。

本發明摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷，可以獲得摻雜區增益介質的摻雜濃度連接漸變的板條激光陶瓷，可以使激光器吸收更大的泵浦功率，泵浦光吸收功率密度在激光增益介質中分布更均勻，可以處理板條激光陶瓷內部的廢熱，減小熱效應的影響，降低板條激光陶瓷引起的被放大光束的波前畸變，同時提高板條激光陶瓷端面的抗損傷能力，實現固體激光器的高功率、高光束質量的激光輸出。

為了詳細的說明本發明實施例，給出實例1和實例2。

實例1

選擇性能優異的無摻雜yag粉體和高摻雜濃度4.0at％的nd：yag粉體，將此兩種粉體分別放入增材制造設備的兩個盛料箱中，在電腦控制系統中設置nd：yag陶瓷板條結構尺寸為140mm×26mm×3.5mm，其中尺寸96mm×26mm×3.5mm的摻雜區位于板條中間段。設置連續漸變的nd摻雜濃度范圍分布為0.6at％～2.8at％～0.6at％，即摻雜區兩端摻雜濃度為0.6at％，中間最高摻雜濃度為2.8at％。按照激光陶瓷的等靜壓成形和真空燒結工藝，將摻雜濃度連續漸變的陶瓷坯體高溫燒結成型。然后，減薄成型的的nd：yag板條激光陶瓷的兩大表面，切割端頭至所需要角度以及所需的板條長度，精拋光。最后獲得的摻雜濃度漸變的nd：yag板條激光陶瓷的尺寸為136mm×26mm×3mm，如圖2所示。

實例2

選擇性能優異的無摻雜yag粉體和高摻雜濃度4.0at％的nd：yag粉體，將此兩種粉體分別放入增材制造設備的兩個盛料箱中，在電腦控制系統中設置nd：yag陶瓷板條結構尺寸為140mm×26mm×5.4mm，其中尺寸96mm×26mm×1.2mm的摻雜區位于板條的上下兩大表面中間段，形成三明治結構。設置連續漸變的nd摻雜濃度范圍分布為0.6at％～2.4at％～0.6at％，即摻雜區兩端摻雜濃度為0.6at％，中間最高摻雜濃度為2.8at％。按照激光陶瓷的等靜壓成形和真空燒結工藝，將摻雜濃度連續漸變的陶瓷坯體高溫燒結成型。然后，將成型的表層增益板條激光陶瓷的兩面yag—nd：yag—yag部分剪薄至1mm，切割端頭至所需要角度以及所需的板條長度，精拋光。最后獲得的摻雜濃度漸變的表層增益nd：yag板條激光陶瓷的尺寸為136mm×26mm×5mm，如圖3所示，其中所述的三明治板條結構的摻雜區的厚度最好小于等于1mm，所述中間不摻雜區的厚度為3～5mm，也可以更厚一些。

本發明的摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷，可以采用傳導冷卻技術進行冷卻，也可以采用冷卻液直接冷卻，較厚的板條結構在冷卻液直接沖刷時不易因震動而變形。本發明的摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷，泵浦耦合設計可以采用端面泵浦，也可以采用大面泵浦。本發明的摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷，該種結構板條摻雜區的摻雜濃度依據所設計板條的長度，摻雜區厚度，以及所需的吸收效率確定。

本發明的摻雜濃度漸變的板條激光陶瓷，可以用在諧振腔中，連續運轉，脈沖運轉，調q運轉；也可以作為放大器使用，采用行波放大、再生放大以及多程放大各種工作方式放大各種運轉方式的激光束。

對申請文件的說明：除特殊說明外，本申請中涉及到的名詞作如下解釋：

nd：釹

yb：鐿

er：鉺

tm：銩

yag：釔鋁石榴石

nd：yag：摻釹釔鋁石榴石

以上所述僅為本發明的實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求范圍之內。