新型高費爾德常數法拉第磁旋光透明陶瓷製備研究

新型高費爾德常數法拉第磁旋光透明陶瓷製備研究

《新型高費爾德常數法拉第磁旋光透明陶瓷製備研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所,由周聖明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

  • 中文名:新型高費爾德常數法拉第磁旋光透明陶瓷製備研究
  • 項目類別:面上項目
  • 項目負責人:周聖明
  • 依託單位:中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,

項目摘要

高能雷射系統需要費爾德常數大、熱導率高、並且能大尺寸製備的新型法拉第磁旋光材料。鋱鋁石榴石(TAG)性能優越,但由於其非一致熔融特性,實用大小的TAG晶體一直無法獲得,目前廣泛使用的是費爾德常數比TAG小約38%的鋱鎵石榴石(TGG)晶體。2011年我們在國際上首次做出了TAG法拉第磁旋光透明陶瓷,其性能指標幾乎與TAG晶體完全一致,2013年俄羅斯科學院對我們提供的TAG透明陶瓷進行了高能雷射試驗,其套用前景受到國際關注,2014年在OL和OE上已有多篇論文進行報導。本項目擬系統研究TAG法拉第磁旋光透明陶瓷的高質量製備與磁光性能,研究磁旋光係數增大機理,研究添加劑以及摻雜對消光比、散射、熱畸變、光學均勻性、雷射損傷等材料性能的影響,降低光損耗,提高光學均勻性,推動其在大功率雷射系統上套用。

結題摘要

強雷射系統需要雷射損傷閾值高,費爾德常數大、熱導率高、並且能大尺寸製備的新型法拉第磁旋光材料。鋱鋁石榴石(TAG)性能優越,但由於其非一致熔融特性,實用大小的TAG晶體一直無法獲得,目前廣泛使用的是費爾德常數比TAG小約38%的鋱鎵石榴石(TGG)晶體。 本項目主要研究了TAG法拉第磁旋光透明陶瓷的高質量製備與磁光性能,並獲得了以下重要結果: (1)通過使用ZrO2添加劑,獲得了高光學質量的Zr:TAG的透明陶瓷,其在1064nm附近的透過率接近理論通過率,達到82.04% 。 (2)首次對所製備的Zr:TAG透明陶瓷進行了雷射損傷閾值測定, 結果為7.26J/cm2 @12 ns,這個數值比文獻報導的TGG晶體的雷射損傷閾值要高。 (3)製備了Ce-TAG,得到較高光學質量的Ce-TAG透明陶瓷。 (4)觀察到晶粒異常長大但光學散射反而減小的實驗現象。晶粒大小可大到數百微米(400–500 μm),但光學透過率卻更高。這種晶粒異常長大發生在生長後期氣孔或空腔完全排除的情況下,晶粒長大導致晶界減少,從而散射下降。 (5)製備了Si摻雜TAG,得到較高光學質量的Si-TAG。比較了多種摻雜對費爾德常數的影響,發現Ti、Si、Ce摻雜都可以顯著提高TAG的費爾德常數。TAG的熱退偏要好於TGG,並且在TAG的諸多摻雜中,0.2at%Si-TAG的熱退偏性能較好。 (6) 測試了Ti摻雜TAG樣品的變溫費爾德常數,豐富了對TAG磁旋光係數的溫度特性的認識。

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