Development of transparent fluoride ceramics that realizes short pulse lasers in the blue-green, green, orange, and red regions

开发出可实现蓝绿、绿、橙、红区域短脉冲激光的透明氟化物陶瓷

• 批准号: 21K04926
• 负责人: 藤岡 加奈
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04926/
• 关键词: 透明セラミックス; 可視域レーザー材料; プラセオジム; アルカリ土類金属フッ化物; イオン拡散; フッ素欠陥; クラスター抑制; 濃度消光; 短パルスレーザー; 透明セラミックス; 可視域レーザー材料; プラセオジム; アルカリ土類金属フッ化物; イオン拡散; フッ素欠陥; クラスター抑制; 濃度消光; 短パルスレーザー

青色半導体レーザー励起の可視域レーザー材料として有望なPr３価イオン（Pr3+）添加アルカリ土類金属フッ化物（Pr:CaF2およびPr:SrF2）のセラミックス化を目指して、2022年度は以下の研究を行った。１）Pr,LaCaF2およびPr,La:SrF2原料粉体を液相で一括合成する場合、PrおよびLaの濃度が設計値の半分程度に減少する。一方、３種混合粉体（CaF3-PrF3-LaF3、およびSrF2-PrF3-LaF3）に市販のフッ化物を用いた場合、粉体の結晶性が高くかつ粒子径が大きいため、焼結時の粒界反応が低下してイオン拡散が不十分となり、光散乱の原因となる組成（屈折率）の不均一が生じる。そこで、反応性を高くするために結晶性が低く粒子径の小さいCaF3、SrF2、PrF3、LaF3を個別に合成し、セラミックスを製作した。その結果、散乱が少なく透明性のあるものが得られたが、若干黒色に着色した。反応性に富む粉体は不安定でもあるため、セラミックス製作の過程でフッ素欠陥が発生したと考えられる。２）フッ素欠陥を抑制するために合成時に過剰のフッ化カリウムを用いること、焼結時に真空度を上げすぎないことが有効である可能性を突きとめた。３）セラミックスの吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルをJudd-Ofelt理論に基づいて解析を試みた。解析精度を高めるには、PrおよびLaの濃度が既知で、散乱や着色のないセラミックスを用い、解析には中赤外域での吸収遷移も含めることが望ましいことが分かった。

在2022财年，进行了以下研究，其目的是将PR三价离子（PR3+） - 添加的碱土金属氟化物（PR：CAF2和PR：SRF2）添加，它们可以作为蓝色半导体激发的可见光范围激光材料。 1）当PR，LACAF2和PR，LA：SRF2原始粉末组合成液相时，PR和LA的浓度降低到设计值的一半。另一方面，当将市售的氟化物用于三型粉末（CAF3-PRF3-LAF3和SRF2-PRF3-LAF3）时，该粉末具有高结晶度和较大的粒度，从而减少了烧结过程中晶粒的边界反应，从而导致iON散射不足，导致散射的散射（反复分配）。因此，为了增加反应性，具有低结晶度和小粒径的Caf3，Srf2，Prf3和LaF3被单独合成以产生陶瓷。结果，获得了透明的产品，几乎没有散射，但黑色略带颜色。由于高反应性粉末也不稳定，因此人们认为在陶瓷生产过程中发生了氟缺陷。 2）我们已经确定，在合成过程中，可能使用过量的氟钾来抑制氟缺陷，并且在烧结过程中不要过多地增加真空水平是有效的。 3）陶瓷的吸收和荧光光谱试图根据Judd-ofelt理论进行分析。已经发现，为提高分析的准确性，希望使用具有已知浓度的PR和LA且无散射或着色的陶瓷，并在分析中包括中边缘范围内的吸收过渡。