YAG單晶和陶瓷的制備與激光損傷形貌特征及其機(jī)理研究.pdf

1、本文采用傳統(tǒng)的提拉法制備了YAG晶體以及采用固相反應(yīng)法制備了YAG透明陶瓷，并對(duì)YAG晶體和陶瓷的性能進(jìn)行了表征，為了研究YAG晶體材料的激光損傷性能，采用毫秒、納秒、飛秒三種特征脈寬的激光對(duì)YAG材料進(jìn)行損傷試驗(yàn)，分析了三種情況的激光損傷YAG材料的形貌及其損傷機(jī)理。
　　在YAG單晶制備方面，研究結(jié)果表明：采用傳統(tǒng)晶體生長(zhǎng)的方法-提拉法制備了YAG晶體，能夠保證晶體的質(zhì)量，經(jīng)加工制備的YAG單晶試樣，在空氣和真空熱處理?xiàng)l件下進(jìn)

2、行性能對(duì)比，采用XPS、透過(guò)率、XRD半峰高寬表征手段進(jìn)行表征，確定影響YAG單晶試樣光學(xué)質(zhì)量的影響因素。
　　在YAG透明陶瓷制備方面，研究結(jié)果表明：采用高純的Y2O3、Al2O3粉或Y2O3粉、Al粉固相反應(yīng)兩種途徑制備了YAG粉體，研究表明采用Y2O3粉、Al粉在固相反應(yīng)制備出YAG粉體比Y2O3、Al2O3粉制備生成溫度低，能夠在1200℃煅燒制備出YAG粉體，而高純Y2O3、Al2O3粉體能夠燒結(jié)合成YAG透明陶瓷，Y2

3、O3粉體、Al粉體燒結(jié)的YAG陶瓷性能不理想。
　　本文采用毫秒激光損傷YAG單晶，詳細(xì)研究了毫秒級(jí)脈寬單脈沖激光損傷過(guò)程及其機(jī)理。研究結(jié)果表明：YAG晶體或透明陶瓷在毫秒激光損傷條件下是以熔融為主的破壞機(jī)理，表面形成錐形熔坑，其深度與激光能量的線性度較好。以激光對(duì)YAG單晶的熱傳導(dǎo)、熔融、汽化、電離四個(gè)過(guò)程為基礎(chǔ)建立數(shù)學(xué)模型模擬激光損傷，并與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比，具有較好的吻合度。同時(shí)還分析了毫秒激光切割YAG晶體的斷口形貌，并從理論上加

4、以解釋。
　　通過(guò)使用納秒激光對(duì)YAG單晶和透明陶瓷損傷形貌及機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究表明：納秒激光對(duì)YAG產(chǎn)生面損傷時(shí)，是以表面蒸發(fā)和體蒸發(fā)為主要損傷機(jī)理；納秒激光對(duì)YAG產(chǎn)生體損傷時(shí)，是以熱爆炸為主要損傷機(jī)理，晶體內(nèi)部被激光融化，產(chǎn)生膨脹，表面產(chǎn)生了隆起，當(dāng)激光脈沖能量足夠大時(shí)，晶體開裂；YAG陶瓷損傷與YAG單晶損傷機(jī)理基本相似。
　　本文還研究了飛秒級(jí)超短脈寬激光損傷形貌及其機(jī)理。研究表明：YAG晶體的飛秒激光面損

5、傷是強(qiáng)電場(chǎng)剝離表面原子機(jī)理?yè)p傷為主，實(shí)驗(yàn)采用的極大值法確定的不同熱處理后的YAG燒蝕閾值，采用Robert Eason的介電材料燒蝕閾值計(jì)算法計(jì)算YAG晶體的燒蝕閾值，兩者較接近。采用Betis的電場(chǎng)臨界閾值計(jì)算法和Bulgakova的庫(kù)侖爆炸理論的計(jì)算法對(duì)YAG材料的臨界電場(chǎng)進(jìn)行分析比較，計(jì)算結(jié)果相近，從機(jī)理上解釋了表面強(qiáng)電場(chǎng)剝離表面原子?；陲w秒激光對(duì)YAG單晶和透明陶瓷產(chǎn)生的原子發(fā)射光譜進(jìn)行了對(duì)比，分析出飛秒激光損傷YAG材料產(chǎn)生