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

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。

Green semiconductor excitation of visible field of view of the material is expected to be Pr3 +(Pr3 +) addition of rare earth metal compounds (Pr: CaF2) Pr: SrF2) to the target, 2022 to carry out the following research. 1) Pr, LaCaF2 and Pr,La: SrF2 raw material powders are synthesized in liquid phase, and the concentration of Pr and La is reduced by half of the design value. When one or three kinds of mixed powders (CaF3-PrF3-LaF3, SrF2-PrF3-LaF3) are used in the market, the crystallinity of the powder is high, the particle diameter is large, the grain boundary reflection is low during sintering, the cause of light scattering and the composition (refractive index) is uneven. CaF3, SrF2, PrF3, LaF3 are individually synthesized and produced with high crystallinity and low particle size. As a result, there is little transparency and some black coloring. Refractory rich powder is unstable, and the process of making it is unstable. 2) The vacuum degree during sintering can be increased. 3) The absorption and absorption of light are analyzed according to Judd-Ofelt theory. High analytical accuracy, Pr and La concentrations, known, scattered, colored, and used, analytical accuracy, absorption and migration, expected, and separated.