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Warum wird Keramik als Lasermaterial verwendet?


Laser ist eine Art Licht, das durch Anregung emittiert wird und in der Natur nicht existiert. Es hat vier Hauptmerkmale, die gewöhnliches Licht nicht besitzt: gute Richtwirkung, hohe Helligkeit, gute Monochromatizität und gute Kohärenz, was es in verschiedenen technischen Bereichen weit verbreitet macht.

Eine wichtige Entwicklungsrichtung der Lasertechnologie sind Festkörperlaser mit hoher Durchschnittsleistung und hoher Spitzenleistung, und der Kern von Festkörperlasern ist das Festkörperlaser-Arbeitsmaterial. Gegenwärtig werden hauptsächlich drei Festkörper-Lasermatrixmaterialien verwendet: Glas, Einkristall und Keramik, wobei "Keramik" von Hochleistungslasern bevorzugt wird. Dies liegt daran, dass eine hohe Leistung einen Wärmegradienten erzeugt, der wiederum eine Strahlverzerrung oder thermische Doppelbrechung verursacht, wodurch die Qualität des Laserstrahls beeinträchtigt wird. Daher sind Keramikmaterialien mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einem niedrigen Brechungsindex ideale Laserarbeitsmaterialien.




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Tatsächlich konnten in der Vergangenheit einige hochleistungsfähige, komplexere Keramiken in der Lasertechnologie nicht verwendet werden, und aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung von Seltenerdmetallen in Keramiken (insbesondere dotierten Keramiken), der Wechselwirkung und Phase mit den Tiegelproblemen wie z Änderungen und schlechte Löslichkeit wirken sich auf andere Anwendungen aus. Diese sind jedoch alle in der Vergangenheit. Die Weiterentwicklung der Verarbeitungstechnologie bietet nun eine Vielzahl praktikabler transparenter Keramiksynthesemethoden. Die Oberfläche des hergestellten Keramikmaterials ist einkristallin, auf atomarer Ebene polykristallin, und die Korngrenzen sind sauber und dünn, ohne Poren und ohne Verunreinigungen. Keramiken sind hochtransparent und sehr gut zur Erzeugung von Laserstrahlen geeignet. Es kann auch mit verschiedenen Seltenerdelementen dotiert werden, um verschiedene komplizierte Formen herzustellen, was seine Praktikabilität erheblich erhöht.




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Generell haben die aktuellen Laserkeramiken folgende Vorteile:

①Die Vorbereitungszeit ist kurz, die Sintervorrichtung benötigt keine Edelmetallmaterialien und das Sintern muss nicht in einer hochreinen Schutzatmosphäre durchgeführt werden, und die Herstellungskosten sind gering.
②Materialien mit großer Größe und komplexen Formen können hergestellt werden.
③Die Konzentration an dotierten Partikeln in Keramik ist hoch und die Verteilung der dotierten Partikel ist insgesamt gleichmäßig.
④ Die Sintertemperatur von Keramiken ist viel niedriger als der Schmelzpunkt von Kristallen, und die Zusammensetzung der hergestellten Keramiken weist nur geringe Abweichungen auf.
⑤ Keramik kann zum Sintern zu mehrschichtigen Materialien verarbeitet werden, und es ist möglich, multifunktionale Keramik zu entwickeln.

Obwohl die Glasmatrix Proben in großem Maßstab erhalten kann, ist ihre Wärmeleitfähigkeit im Gegensatz dazu zu niedrig, um Hochleistungslaser zu realisieren. Die Wärmeleitfähigkeit von Einkristallen ist höher als die von Glas, aber Einkristalle haben einen langen Wachstumszyklus und sind teuer. Es ist schwierig, hochwertige, großformatige Kristalle zu erhalten.