用于空间太阳能直接泵浦激光器的新型微纳结构透明激光玻璃陶瓷的研究

激光材料是激光技术发展的核心和基础。本项目以空间太阳能激光传输介质材料的制备与性能调控为目标，围绕稀土离子掺杂核-壳微纳结构碱土硼/钨酸盐玻璃陶瓷材料微结构的特殊性和激光产生与传输对微结构的敏感性开展创新性研究。研究采用外场(电场、磁场)诱导顺次析晶热处理技术制备具有芯-壳包覆结构的透明玻璃陶瓷激光工作物质材料；探索相关体系基础玻璃在外场扰动下核-壳微结构的形成与演化规律，以及这种特殊微结构与材料激光性能、热导性能的关系。开发一种兼具优异激光性能和良好热导性的新型激光工作物质材料；为实现激光玻璃陶瓷材料微结构与性能的有效调控，获得大尺寸、高性能、低成本、环境友好的激光透明材料提供一新途径，以期为高能固体激光系统的发展和应用提供材料支持。

项目针对空间太阳能直接泵浦激光器激光介质材料的性能要求，系统开展了具有特殊微结构的激活离子掺杂透明玻璃陶瓷的设计制备研究；稀土离子掺杂核-壳微纳结构的形成与调控研究；特殊微纳结构对玻璃陶瓷材料激光性能、热性能的影响及机理分析研究。采用熔体掺杂急冷+电场诱导顺次析晶方法制备了具有芯-壳包覆特殊微纳结构的透明玻璃陶瓷激光工作物质材料，研究了核壳结构玻璃陶瓷微结构演化过程中，电场分布和电场能量对析出物的晶型结构、晶体取向，析出物分布状态和形貌等的影响规律并实现有效调控。核壳结构玻璃陶瓷激光介质材料，其热导率相比较传统玻璃陶瓷提高了18%。材料的强度、抗热损伤等性能均优于均优于当前的商用激光玻璃材料。制备了高结晶度高掺杂玻璃陶瓷激光介质材料，1062nm波段材料的荧光发射量子效率达85%，高于目前钕离子掺杂YAG透明陶瓷激光材料量子效率。材料高量子效率的获得是材料的高透明度、大吸收截面以及高结晶度所致。在1062nm波段，荧光发射品质因数和增益参数分别为687.9和54.6，是商用Schott激光玻璃相应值的2倍和1.51倍。研究成果在JAC、JMST、JNM等刊物共发表SCI论文15篇，获授权发明专利2项，另申报发明专利1项；培养研究生8名。很好地完成了项目任务，达到预期目标。