Разработка технологий изготовления оптической керамики на основе оксидных композиций со структурой граната легированных оптически активными примесями

Целью исследования является проведение поисковых исследований направленных на создание научно-технического задела в области разработки оптической керамики заданного катионного состава с прогнозируемыми свойствами и изделий на ее основе. Оптическая керамика лазерного качества обладает рядом характеристик, обеспечивающих её преимущество над монокристаллическими, а именно: 1) стоимость и длительность изготовления ниже, чем для монокристаллов, в особенности для больших размеров; 2) формирование керамических сред усиления возможно в заданной форме; 3) технология производства керамики позволяет легко изготавливать композитные и композиционные среды усиления, состоящие, к примеру, из частей с различными уровнями активирования и даже различными активаторами. Также возможно включение секции насыщающегося поглотителя для пассивной модуляции добротности; 4) могут быть достигнуты значительно более высокие, по сравнению с монокристаллами, концентрации активирования без уменьшения лазерной эффективности. 5) могут быть созданы оптически прозрачные среды на основе нестабильных твердых растворов. В настоящее время, бесспорными лидерами этого направления являются японские, европейские и китайские ученые, которые создают уникальные керамические материалы. В связи с этим, создание в РФ научно-исследовательской лаборатории «Технологии перспективных материалов и лазерных сред», специализирующейся на разработке новых и совершенствование существующих технологий синтеза оптической керамики на основе твердых растворов со структурой граната, является своевременным решением. Лаборатория в период с 2025 по 2027 годы планирует провести исследования направленные на разработку новых и совершенствования существующих технологий получения керамики на основе оксидных композиций легированных оптически активными примесями, в том числе с композитной структурой. В рамках проекта, планируется разработать способы синтеза нанокристаллических порошков, которые обеспечивают получение оптической керамики на основе YAG:Re (где Re=Nd, Yb, Sm, Sc) лазерного качества при заданных температурах спекания в вакууме, а также разработать способы создания композитной керамики, в том числе с использованием методов горячего изостатического прессования. При разработке технологий композитной керамики, планируется провести исследования влияния технологических факторов её изготовления (режимов компактирования керамических порошков, температурно-временных режимов вакуумного спекания и режимов отжига керамики в горячем изостатическом прессе) на оптические, теплофизические и лазерные свойства композитов. При разработке способов синтеза нанокристаллических порошков на основе YAG:Re (где Re=Nd, Yb, Sm, Sc) планируется использовать научный задел лаборатории связанный с разработкой технологии синтеза нанокристаллических порошков YAG:Cr. В то же время, при разработке технологий композитной керамики, планируется использовать научный задел лаборатории созданный при разработке композитной керамики вида YAG:Cr4+(керамика)/YAG:Nd(монокристалл). Выбор в качестве объекта исследования – оптической керамики составов: YAG:Nd, YAG:Sm, YAG:Yb, YSAG:Nd, YSAG:Sm, YSAG:Yb, а также композитов с сэндвич структурой, и со структурой сердечник оболочка (YAG:Re(керамика-сердечник)/YAG (керамика-оболочка); YAG:Re(керамика-сердечник)/YAG (керамика-оболочка) YAG:Nd/YAG:Cr; обусловлен потребностью реального сектора экономики в данных материалах и изделиях на их основе, а также перспективами коммерциализации полученных результатов.