一種新型液體雷射工作物質及其製備方法
2023-04-25 01:15:31 1
專利名稱：一種新型液體雷射工作物質及其製備方法
技術領域：
本發明屬光學材料技術領域，具體涉及一種新型液體雷射工作物質及其製備方法。
背景技術：
高重複超強雷射系統不僅是未來人類新能源的希望，在國防上也有極其重要的地位。比如雷射聚變(ICF)和發展中的雷射打擊武器技術也需要高重複超強雷射，比如美國正在建造的192束、1.8兆焦耳脈衝能量的國家點火設備(NIF)。高重複強雷射技術是雷射技術的重大發展方向之一，我國正在研製的60束、100KJ的神光-III主機巨型裝置等除了在某些領域小部分在探索氣體雷射外，大部分都採用的是固體雷射，使用固體雷射工作物質。我國在固體強雷射研究方面取得了長足的進步和成功。
但是固體強雷射系統的發展也遇到了困難和技術瓶頸，一是固態的雷射工作物質在高功率工作中容易生成損傷的點，損傷點一旦生成，就會在高功率運行中會迅速擴大，最終導致整塊工作物質的破壞，這已經成為雷射器運轉功率繼續提升的一個很嚴峻的障礙；二是固體的雷射器中對固體雷射工作物質沒有較好的冷卻方案，難以從根本上克服運行中的導熱問題，在很大程度上制約了它的重複使用率、使用範圍、運轉周期和壽命，特別是不能提高重複使用率，這就限制了一些應用領域，並使運行成本居高不下，達不到大規模商業化的要求。
發明內容
本發明的目的在於提出一種可提高雷射器重複使用率、延長雷射器使用壽命的新型液體雷射工作物質及其製備方法。
本發明提出的新型液體雷射工作物質，是由Nd:YAG(YAG為釔鋁石榴石Y3Al5O12的簡稱)無機透明納米微晶均勻分散於與之不相溶解的無機非水溶劑中組成，其中，無機溶劑為POCl3、SeOCl2、TiCl4或SnCl4等之一種，無機非水溶劑毫升數是納米微晶摩爾數的0.1-1.5倍。溶劑為分析純。
本發明提出的新型液體雷射工作物質的製備方法如下將Nd:YAG納米微晶按前述摩爾比例加入所述無機溶劑中，分散均勻即可。
上述Nd:YAG納米微晶的製備可採用常規的方法，具體過程如下將YCl3、AlCl3和(NH4)2SO4以3∶5∶3的摩爾比混合在去離子水中，再加入NdCl3，充分攪拌，反應生成Nd:YAG的混合物。其中，NdCl3的加入量為YCl3的0.5-10％摩爾比。再加入尿素和矽膠(尿素的加入量為YCl3的30-40倍(摩爾比)。矽膠的加入量YCl3的1/500左右(摩爾比)，加熱到80～100℃並保溫1～3小時，然後冷卻到室溫，此時會有Nd:YAG析出。將其進行清洗、乾燥，並在700℃～1000℃以上溫度燒結1～3小時，冷卻後研磨，即得到所需Nd:YAG納米微晶。
該雷射工作物質與傳統的固體雷射工作材料相比，具有良好的流動性和導熱性。使用本發明提出的液體雷射工作物質的雷射器，可同時具有固體雷射器與液體雷射器的優點，可大大提高雷射器的重複使用率，運轉周期和利用壽命，並可擴大其使用範圍，可廣泛用於國防、通訊產業等眾多重要領域。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步描述本發明。
實施例1把YCl3、AlCl3和(NH4)2SO4按3∶5∶3的摩爾比混合到足量的離子水中，攪拌均勻，再NdCl3，進行充分反應，生成Nd:YAG的混合物，NdCl3的加入量為YCl3的0.5％摩爾比。然後加入適量的尿素和矽膠，加熱到90℃並保溫3小時，然後冷卻到室溫，此時會有Nd:YAG析出。將析出的Nd:YAG清洗、乾燥後，在800℃高溫燒結1小時後冷卻、研磨，即得到Nd:YAG透明納米微晶。最後將所得微晶按前述量比關係加入POCl3中，混合均勻，即得到液體雷射器的工作物質。納米微晶與POCl3的實施例2把YCl3、AlCl3和(NH4)2SO4按3∶5∶3的摩爾比混合到足量的離子水中，攪拌均勻後加入摩爾數為YCl3的量的2％的NdCl3進行充分反應來生成Nd:YAG的混合物。加入適量的尿素和矽膠，加熱到100℃並保溫3小時，然後冷卻到室溫，此時會有Nd:YAG析出。將析出的Nd:YAG清洗、乾燥後，在850℃高溫燒結2小時後冷卻研磨得到透明微晶。最後將所得微晶按前述量比關係均勻混入SeOCl2中，可得到液體雷射器的工作物質。
實施例3把YCl3、AlCl3和(NH4)2SO4按3∶5∶3的摩爾比混合到足量的離子水中，攪拌均勻後加入摩爾數為YCl3的量的4％的NdCl3進行充分反應來生成Nd:YAG的混合物。加入適量的尿素和矽膠，加熱到75℃並保溫3小時，然後冷卻到室溫，此時會有Nd:YAG析出。將析出的Nd:YAG清洗、乾燥後，在950℃高溫燒結3小時後冷卻研磨得到透明微晶。最後將所得微晶按前述量比關係均勻混入SnCl4中，可得到液體雷射器的工作物質。
權利要求
1.一種液體雷射工作物質，其特徵在於由Nd:YAG無機透明納米微晶均勻分散於與之不相溶解的無機非水溶劑中組成，其中，無機非水溶劑為POCl3、SeOCl2、TiCl4或SnCl4之一種，微米微晶與無機非水溶劑的用量比例為無機非水溶劑毫升數是納米微晶摩爾數的0.1-1.5倍。
2.一種如權利要求1所述的液體雷射物質的製備方法，其特徵在於具體步驟如下將Nd:YAG納米微晶放入與微晶不相溶解的無機非水溶劑中，分散均勻，即得到液體雷射器的工作物質，其中，無機非水溶劑為POCl3、SeOCl2、TiCl4或SnCl4之一種，微米微晶與無機非水溶劑的用量比例為無機非水溶劑毫升數是納米微晶摩爾數的0.1-1.5倍。
全文摘要
本發明屬光學材料技術領域，具體為一種新型流體雷射工作物質及其製備方法。其製備過程是，先在溶液中形成Nd:YAG的混合物，然後對它進行乾燥、烘烤、燒結和研磨後得到尺度在納米級別的透明微晶，再將這種透明微晶均勻地分散到與之不相溶解的無機無水溶劑中，即得新型的液體雷射物質。該雷射工作物質與傳統的固體雷射工作材料相比，液體具有良好的流動性和導熱性，因而以這種材料製成的雷射器不易出現損傷，並可提高雷射器的重複使用率、運轉周期和使用壽命。
文檔編號G02B1/00GK1632995SQ20041008445
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月23日 優先權日2004年11月23日
發明者彭波, 黃維, 範忠誠, 徐翔星, 蔣蕾, 餘榮彪, 仇曉明, 餘柯涵, 陳丹, 徐莉, 司三民 申請人:復旦大學