(上图)来源:凯文唐卡斯特， Flickr (CC BY 2.0)
从通讯到制造再到医药，激光在当今的许多先进技术中扮演着重要的角色。
激光是相当简单的设备，由三个主要部分组成:一个能量源，一个增益介质和一个光学谐振器。然而，科学家们一直在研究如何提高每个部分的性能和效率。
增益介质是用来放大光功率的材料，是激光研究的一个主要焦点。单晶最初是用于这一目的，但自从发现光学透明的多晶材料，性能接近单晶在20世纪90年代，所谓的“透明陶瓷”由于其更简单的加工路线和更容易控制形状等因素，现在在许多商业激光器中作为增益介质。
透明陶瓷通常是由粉末材料烧结而成。研究人员对起始粉末和烧结过程进行了许多研究，以了解影响最终微观结构的所有因素，从而了解陶瓷的光学透明度和整体激光性能。
我们已经讨论了其中的一些处理的研究以前在结论．今天，我们来看看新加坡和中国研究团队的另外两项研究，研究影响透明陶瓷激光性能的因素。
研究人员来自新加坡南洋理工大学和中国江苏师范大学。他们的第一篇文章，研究了一种常见的烧结助剂是否会影响最终透明陶瓷的激光性能。
如上所述，显微结构是决定透明陶瓷光学透明度的关键。因此，必须消除孔隙和次生相等可能导致光散射的结构特征。
掺杂物，如ThO2, ZrO2,高频振荡器2已被广泛用于帮助控制这些特性。当这些掺杂剂被添加到透明陶瓷中，陶瓷中的一些阳离子被掺杂剂中的四价阳离子所取代。这种置换产生了阳离子空位，导致晶粒生长缓慢，残余孔隙容易消除。
然而，由于陶瓷的阳离子和掺杂的四价阳离子之间的电荷不平衡，掺杂的透明陶瓷中点缺陷的浓度增加了——这使陶瓷处于一种称为光暗化的有害现象的危险之中。
光致暗是指由于电子或空穴被困在点缺陷或复杂缺陷团簇中而使透明材料在电子或辐照激发下变得不透明。结构中的这些区域被称为色心，或吸收额外光线的区域，会对材料作为激光增益介质的性能产生负面影响。
研究人员写道，光暗效应已经在一些离子掺杂的透明材料(如硅)中报道过4 +再版掺钕钇铝石榴石,Y3 +再版ZrO2, B3 +再版SiO2．然而，“据我们所知，”还没有研究在激光陶瓷方面的光暗现象。
他们决定用高度透明的Yb:Y来探索激光陶瓷的光暗效应2O3.掺锆和不掺锆的陶瓷2．在940 nm激光二极管照射后，他们观察到ZrO中的光暗现象2再版Yb: Y2O3.陶瓷产品，但不含ZrO2．
在非掺杂的Yb:Y中没有光暗效应2O3.Zr-YbY陶瓷激光器的斜率效率约为9%，未掺杂YbY陶瓷激光器的斜率效率约为17%。(斜率效率是激光输出功率与输入泵浦功率的比值。)
随着激光陶瓷能够经历光暗化的演示，研究人员想知道是否有其他的加工参数会导致这种现象。在后续纸在2021年12月发表的论文中，他们探索了粉末合成过程中使用的分散剂是否也会导致光暗。
他们解释说，激光陶瓷的粉末通常是用共沉淀法合成的，这涉及到将原料溶解在一个普通溶剂中，然后加入沉淀剂形成固体。
(NH4）2所以4在此过程中常被用作分散剂，虽然硫酸盐离子的加入确实改善了粉末的最终形态，但很难从陶瓷中完全去除离子。因此，“残留的硫酸盐离子会导致光暗和激光效率下降，”研究人员写道。
为了测试(NH4）2所以4在激光性能方面，研究人员合成了纳米晶体Yb:Lu2O3.陶瓷粉末使用任一(NH4）2所以4作为一种分散剂或称为聚丙烯酸(PAA)的有机分散剂。和之前的研究一样，他们使用940纳米的激光二极管照射样品。
对样品的分析显示了“清晰的实验证据”，表明Yb:Lu的光变暗2O3.用(NH4）2所以4作为分散剂。这一发现再次反映在激光性能上，而(NH4）2所以4-分散样品的斜率效率为7.2%，其中paa分散样品的斜率效率为21.2%，尽管其光学质量低于(NH4）2所以4分散的样本。
“鉴于(NH)4）2所以4被广泛用作分散剂在化学共沉淀过程中获得较低的纳米晶体陶瓷粉末结块,和合成粉广泛用于生产激光陶瓷,我们相信结果报道在这里可以用作激光陶瓷社区,”研究人员总结道。
2019年的论文发表于欧洲陶瓷学会学报,是“泵浦激光诱导的ZrO光暗化2再版Yb: Y2O3.激光陶瓷”(DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2018.10.003)。
2021年发表于光学材料,是“不适当的分散剂和助烧结剂会导致激光陶瓷的效率下降”(DOI: 10.1016 / j.optmat.2021.111789)。