中文摘要：

以晶界为主要特征的多晶材料的特殊微结构导致对于光的吸收、散射、反射，从而降低其透过率；以残余气孔为主要特征的缺陷导致对于光的吸收、散射并产生能量聚集发热，从而导致材料的光热损伤，阻碍激光透明陶瓷的连续使用，降低激光效率并缩短服役时间,深刻认识同质与异质晶界光散射、吸收与反射规律，深刻认识致密多晶体系介质中光能传输、发光与激光产生机理，是建立透明陶瓷材料光物理理论和在纳微尺度进行透明陶瓷材料的微观结构设计与性能优化的科学基础。本课题拟研究晶粒与晶界的尺寸对光学性能的影响规律；纳微尺度上不同有序度结构的光散射、吸收及发射特性；缺陷种类与分布对光学性能的影响规律；不同晶系的陶瓷材料的多样性微结构、界面特征对光性能的影响; 透明陶瓷中激活离子的种类、掺杂量与分布状态对激光的产生及其影响规律，为制备优质大尺寸透明激光陶瓷提供支撑。

结论摘要：

透明激光陶瓷是新一代固体激光材料，具有尺寸大、光学均匀性好、掺杂浓度高且可控、激光热损伤阈值高、可多功能复合、易于制备等突出优点，对于高功率、大能量固体激光技术的发展具有重要意义。按照研究计划本课题开展陶瓷激光材料光物理机理、性能表征和应用前景评估研究，并获得高功率陶瓷激光。在光物理研究方面，研究了氧化钇粉体形貌调控、YAG:Tb3+的发光性能、YAG粉体反位缺陷，粉体的颗粒尺寸、微观形貌、反位缺陷对材料光性能的影响。其中，Y2O3实现了各向异性形貌微米球、微米片和微米花的可控制备，探讨了前驱体和产物形貌的形成机理，研究了形貌对Y2O3:Eu的光致发光性能的影响；结合理论计算和实验方法，研究了烧结温度、气氛、Tb浓度及Li共掺杂对Tb离子在YAG基体里发光的影响；通过调控Y/Al配比，制备出变组分YAG粉体并对反位缺陷及其对粉体的晶体结构和Y的配位环境产生的影响作了深入的探讨，进而研究了反位缺陷引起的发光行为；采用变温阻抗谱方法系统研究了不同稀土离子掺杂YAG体系的介电行为，建立“组分掺杂-交流阻抗谱－介电常数－折射率－使役行为”的内在关系，为掺杂、晶界设计奠定了基础。在材料表征与评估方面，建立与完善了激光材料散射与吸收损耗系数测量系统、波前畸变测量系统、吸收与荧光光谱测量系统、激光损伤阈值测量系统、高功率棒状固体激光实验平台与板条固体激光实验平台。基于这些测量系统与实验平台，对材料制备组制备的Nd:YAG、Tm:YAG、Yb:YAG等多种近百块陶瓷样品进行了散射与吸收损耗、均匀性、激光输出特性等的表征与评估，并将数据反馈给材料制备组改进制备技术与工艺，提高材料性能。对比研究结果表明在相同条件下陶瓷材料的激光热损伤阈值比晶体高60%以上。同时，发展了低量子亏损泵浦陶瓷激光新技术，在100W级激光输出时实现光光转换效率高达59%，为发展高功率固体激光提出了一条途径；发展了新波段陶瓷激光， 1123nm、1117nm分别实现激光输出509W和248W，均为国际最高；高功率陶瓷激光功率在原有基础上（22W）提高了2个量级以上（4350W）。采用棒状Nd:YAG陶瓷（？6mm×100mm），国内首先突破了kW级激光输出，达1020W；采用单块Nd:YAG陶瓷板条（120mm×50mm×3mm）实现了1064nm激光输出达4350W，光光光效率43.6%，为国内最高。