Исследовано влияние содержания и соотношения спекающих добавок MgO и СаO на оптические свойства керамических материалов YAG:Cr3+ и YAG:Cr4+. Все образцы обладали высокой прозрачностью при длине волны 1100 нм (более 80 %). Однако в области ~340 нм с увеличением количества ионов Са2+ или Mg2+
значения коэффициентов светопропускания образцов снижались. Наиболее интенсивным поглощением в области 750…1100 нм после отжига на воздухе характеризовались образцы, содержащие наибольшее значение спекающих добавок в серии. С увеличением доли Ca/Mg величина поглощения катионов Cr4+ увеличивалась. Оптимальное содержание CaO среди исследованных образцов составляло 0,12 масс. %. Выше данного значения наблюдалось появление дополнительного поглощения, обусловленного образованием микродефектов. Данные, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, показали, что керамические образцы имели зернистую структуру с размером зерен в пределах от 1 до 10 мкм. При этом существенных различий микроструктуры в зависимости от содержания и вида спекающих добавок выявлено не было.
Александр Александрович Кравцов – канд. тех. наук, заведующий сектором синтеза нанопорошков научно-исследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия
Виктория Евгеньевна Супрунчук – канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник, сектор синтеза нанопорошков научно-исследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия
Виталий Алексеевич Тарала – канд. хим. наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия
Федор Федорович Малявин – заведующий сектором спекания керамики научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия
Евгений Викторович Медяник – науч. сотрудник сектора спекания керамики научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия
Людмила Викторовна Тарала – науч. сотрудник сектора синтеза нанопорошков научно-исследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия
Дмитрий Сергеевич Вакалов – канд. физ.-мат. наук, заведующий сектором физико-химических методов исследования и анализа научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия
Вячеслав Анатольевич Лапин – канд. техн. наук, cт. науч. сотрудник сектора физико-химических методов исследования и анализа научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия
Екатерина Александровна Бражко – инженер сектора синтеза нанопорошков научно-исследовательской лаборатории перспективных материалов и лазерных сред научно-лабораторного комплекса чистых зон, физико-технический факультет, Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ), Ставрополь, Россия
1. Ikesue A., Aung Y. L. Ceramic laser materials // Nat. Photonics. 2008. V. 2, No. 12. P. 721 – 727.
2. Lukin E. S., Makarov N. A., Kozlov A. I., et al. Oxide ceramics of the new generation and areas of application // Glass Ceram. 2008. V. 65, No. 9–10. P. 348 – 352.
3. Zhou T., Zhang L., Li Z., et al. Toward vacuum sintering of YAG transparent ceramic using divalent dopant as sintering aids: Investigation of microstructural evolution and optical property // Ceram. Int. Elsevier. 2017. V. 43, No. 3. P. 3140 – 3146.
4. Liu Q., Liu J., Li J., et al. Solid-state reactive sintering of YAG transparent ceramics for optical applications // J. Alloys Compd. 2014. V. 616. P. 81 – 88.
5. Lee S. H., Kupp E. R., Stevenson A. J., et al. Hot isostatic pressing of transparent nd:Yag ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2009. V. 92, No. 7. P. 1456 – 1463.
6. Chaika M. A., Dulina N. A., Doroshenko A. G., et al. Influence of calcium concentration on formation of tetravalent chromium doped Y3Al5O12 ceramics // Ceram. Int. Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l. 2018. V. 44, No. 12. P. 13513 – 13519.
7. Doroshenko A. G., Yavetskiy R. P., Parkhomenko S. V., et al. Effect of the sintering temperature on the microstructure and optical properties of YAG:Cr, Mg ceramics // Opt. Mater. (Amst). Elsevier B. V. 2019. V. 98, No. October. P. 109505.
8. Bezotosnyi V. V., Kanaev A. Y., Kopylov Y. L., et al. Influence of CaO/MgO ratio on Cr3+ to Cr4+ conversion efficiency in YAG:Cr4+ ceramic saturable absorbers // Opt. Mater. (Amst). 2020. V. 100. P. 109671.
9. Sugimoto A., Nobe Y., Yamagishi K. Crystal growth and optical characterization of Cr, Ca: Y3Al5O12 // J. Cryst. Growth. 1994. V. 140, No. 3–4. P. 349 – 354.
10. Schuh L., Metselaar R., De With G. Electrical transport and defect properties of Ca- and Mg-doped yttrium aluminum garnet ceramics // J. Appl. Phys. 1989. V. 66, No. 6. P. 2627 – 2632.
11. Супрунчук В. Е., Кравцов А. А., Тарала В. А. и др. Влияние добавки сульфат-ионов на различных стадиях изготовления керамики YAG:Cr на оптические свойства // Стекло и керамика. 2024. V. 97, № 4. С. 11 – 20. [Suprunchuk V. E., Kravtsov A. A., Lapin V. A., et al. YAG-ceramic powders – size-reduction influence on optical ceramic properties // Glass Ceram. 2024. V. 80. P. 479 – 486.]
12. Zhou T., Zhang L., Li Z., et al. Enhanced conversion efficiency of Cr4+ion in Cr:YAG transparent ceramic by optimizing the annealing process and doping concentration // J. Alloys Compd. 2017. V. 703. P. 34 – 39.
13. Ubizskii S., Buryy O., Borger A., et al. Investigation of the chromium ions recharging kinetics in Cr, Mg:YAG crystal during high-temperature annealing // Phys. Status Solidi Appl. Mater. Sci. 2009. V. 206, No. 3. P. 550 – 561.
14. Kravtsov A. A., Suprunchuk V. E., Lapin V. A., et al. Evaluation of the efficiency of Cr3+ ? Cr4+ conversion in non-stoichiometric YAG:Cr ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2024. V. 44, No. 12. P. 7160 – 7169.
15. Chaika M. A., Dluzewski P., Morawiec K., et al. The role of Ca2+ ions in the formation of high optical quality Cr4+, Ca:YAG ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39, No. 11. P. 3344 – 3352.
16. Perri?re C., Boulesteix R., Ma?tre A., et al. Study of sintering mechanisms of Ca-doped yttrium aluminum garnet ceramics: From nanostructure to macroscopic behaviour // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43, No. 2. P. 565 – 575.
17. Vorona I., Balabanov A., Dobrotvorska M., et al. Effect of MgO doping on the structure and optical properties of YAG transparent ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40, No. 3. P. 861 – 866.
18. Zhu Z., Lv S., Zhang H., et al. Highly efficient actively Q-switched Nd:YAG laser // Opt. Express. 2021. V. 29, No. 20. P. 32325.
19. Chaika M. A., Vovk O. M., Doroshenko A. G., et al. Influence of Ca and Mg doping on the microstructure and optical properties of YAG ceramics // Funct. Mater. 2017. V. 24, No. 2. P. 237 – 243.
Статью можно приобрести
в электронном виде!
PDF формат
500
DOI: 10.14489/glc.2024.10.pp.038-046
Тип статьи:
Научная статья
Оформить заявку
