复合结构YAG透明陶瓷的制备及其光学性能(3)
时间:2019-08-17 15:56 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
普通的陶瓷属于多晶体无机材料，通常并不具备透光能力。其核心原因是这些陶瓷内部存在大量的杂质、气孔、晶界。此类缺陷的存在导致强烈的光线折射、散射效应的产生，光就透不过陶瓷机体，故陶瓷对外成不透光性。气孔率对陶瓷是否透光具有至关重要的作用，一般的陶瓷如果仅仅具备较高的密度是不具有光透过性的，其主要原因在于陶瓷内含有数量巨大的空隙，而空隙与晶体表面产生强烈的散射，损失大量的光，故制备透明陶瓷时需要将其气孔率控制到最小值。第二，晶界结构对于透明陶瓷的制备也至关重要，故而制作过程中要以高纯度的单相物质为原料以减少因晶界产生的散射。最后就是成型后的打磨与抛光，这一步也很重要，良好的工艺会大大降低散射的损耗，提高透光率。用公式可表达为： I/I0=(1-R)2exp(-MX) 公式中I与I0分别表示入射与出射光光强，R与M表示陶瓷的反射率及吸收系数，而X为光线的传播距离。 1.4 复合结构的基本概念 复合结构的外形和一般的激光器的工作物质类似，呈棒形或片形。复合结构按其复合层数可分为两层的和三层的。两层的复合结构为：上层是含有活性离子的受激发光物质，下层为一般物质。三层的复合结构为：外侧两层为一般物质，内层为含有活性离子的受激发光物质。 棒形和片形的复合结构各有各的优点。 对于片形主要有以下几个优点：(1)未掺杂物质层的导热效率通常较高，因此当激光运作时未掺杂层可以对薄片整体起到散热的作用。(2)对薄片整体起加固作用，降低其形变发生的概率，防止热梯度的产生。(3)因为一般物质层和掺杂层的折射率基本一致，故自发辐射产生的电子进入一般物质层时不会产生全内反射效应，从而陶瓷的自吸收大大减少。 对于棒形主要有以下几个优点：(1)与片形的类似，未掺杂物质外围层的导热效率通常较高，因此当激光运作时未掺杂外围层可以对棒整体起到散热的作用。(2)由于棒外围有一般物质层，故而系统的冷却机制是间接控制激光棒的温度，从而当冷却机制产生微小浮动时，外围层可以有效的中和这种变化，进而减少热梯度的产生。 1.5 YAG相关基本理论的概述 1.5.1 YAG的基本结构 石榴石最初定义为一种外形上与石榴籽相似的大自然中的一种矿物，归于立方体的系列下。本文所研究的钇铝石榴石是石榴石的一种，它的化学式为Y3Al5O12或者是Y3Al(AlO4)3，空间群是Oh10-la3d,1.2005nm为它的一般晶格数，其每个晶胞里存在8个Y3Al5O12的化合式。YAG晶体结构里,Al3+所在位置是不同的，其中一部分与O2-组合形成优尔面体即AlO6，而另一部分则于O2-组合形成四面体即AlO6。在这两种配位中Al3+位于中心处，而O2-位于四面体或优尔面体的角上。至于Y3+离子，它位于四面体与优尔面体的空隙中，即由于优尔面体与四面体的顶角相接，从而构成一个呈十二面体的三文骨架空隙，Y3+就位于这个十二面体的中心处。根据上述的位置信息，可以得到YAG的具体晶体结构 (责任编辑：qin) |