[發(fā)明專利]高綜合性能激光晶體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810044231.7
• 申請日: 2008-04-17
• 公開（公告）號: CN101312285A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周世斌;彭欽軍;劉玉清;湯海濤
• 申請（專利權(quán)）人: 成都東駿激光有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01S3/06
• 分類號: H01S3/06;H01S3/16;C30B29/28;C30B29/60
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王蕓;吳彥峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體激光技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

摻釹、釔石榴石系列激光晶體具有優(yōu)良的激光及物理化學(xué)性質(zhì)，是目前應(yīng)用最為廣泛的固體激光增益介質(zhì)。由于該類晶體的量子效率小，非輻射躍遷產(chǎn)生的大量熱量在增益介質(zhì)中進行傳播時，會產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)，從而降低激光效率及激光光束質(zhì)量；特別在高平均功率固體激光器中表現(xiàn)更突出。

為了彌補或減少這種熱效應(yīng)，1998年R..Weber等人提出在Nd:YAG激光棒兩端熱鍵合純YAG晶體的復(fù)合結(jié)構(gòu)；2002年D.Ehrentraut等人報道了用改進的提拉法在純的YAG管內(nèi)部生長Yb摻雜的YAG(Journal?of?Crystal?Growth第242期，2002年第375頁)；2003年徐軍等人提出電阻加熱外延生長復(fù)合YAG/Nd:YAG/YAG，純YAG晶體不吸收泵浦光或振蕩光，可以有效冷卻增益介質(zhì)，減少熱效應(yīng)和熱透鏡效應(yīng)；然而，采用上述現(xiàn)有技術(shù)復(fù)合激光材料，有明顯的缺點：(1)通過熱鍵合而成的復(fù)合激光材料，由于純晶體與摻雜晶體間存在明顯的分界，光損耗大；如長時間運轉(zhuǎn)，鍵合面處易變形，反而會降低激光輸出和激光的光束質(zhì)量；技術(shù)重復(fù)性較低，產(chǎn)品生產(chǎn)周期長、成本高；(2)采用改進提拉法、電阻加熱外延生長法等生長的復(fù)合晶體，晶體質(zhì)量差，存在大量氣泡和包裹物等缺陷，重復(fù)性低，至今未在器件中獲得實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種高綜合性能激光晶體，它很好地解決了高平均功率(KW級以上)固體激光器中激光晶體的散熱問題；同時改善了激光光束質(zhì)量，提高了效率；且結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低，適合批量生產(chǎn)的高綜合性能激光晶體；本發(fā)明的另一目的是提供一種該高綜合性能激光晶體的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高綜合性能激光晶體，包括棒狀激光晶體，棒狀激光晶體兩端圓柱表面設(shè)有高導(dǎo)熱率散熱物質(zhì)的涂敷層，該涂敷層自端面起的軸向長度為5～10mm，涂敷層厚度為0.01～0.2mm，棒狀激光晶體上非涂敷的圓柱表面呈螺紋或均勻分布的環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中，螺紋或環(huán)形結(jié)構(gòu)間距為0.2～3.0mm，深度為0.05～0.3mm。

本發(fā)明所述棒狀激光晶體包含Nd:YAG、(Nd，Ce):YAG、(Nd，Ce，Tb):YAG、(Cr，Tm，Ho):YAG、(Tm，Ho):YAG、Ho:YAG、Er:YAG、Yb:YAG、Nd:GGG、Yb:GGG、Nd:YAP中的任意一種基質(zhì)。

本發(fā)明所述高導(dǎo)熱率散熱物質(zhì)為金、銀、銅或金剛石。也可以采用其他的高導(dǎo)熱率散熱物質(zhì)。

一種高綜合性能激光晶體的制備方法，包括如下步驟：

A、選取無散射、無位錯、應(yīng)力好、濃度梯度≤5×10^-5at/cm、單程損耗系數(shù)＜2.8×10^-3/cm的激光晶體；并按規(guī)定尺寸切割、滾圓、粗拋、精磨、精拋成棒狀激光晶體，加工技術(shù)指標要求為兩端面平行度(平面/平面)應(yīng)優(yōu)于或等于10″、端面對棒軸垂直度優(yōu)于或等于5′、端面表面光潔度優(yōu)于或等于10/5；

B、將符合A步驟要求加工好的棒狀激光晶體中段圓柱表面進行螺紋或環(huán)形結(jié)構(gòu)加工，該棒狀激光晶體兩端未加工的長度為5～10mm，螺紋或環(huán)形結(jié)構(gòu)間距為0.2～3.0mm，深度為0.05～0.3mm；

C、激光晶體中段的螺紋或環(huán)形結(jié)構(gòu)加工好后，將棒狀激光晶體兩端未進行螺紋或環(huán)形結(jié)構(gòu)加工的部分涂敷高導(dǎo)熱率的散熱物質(zhì)，涂敷厚度為0.01～0.2mm。所述C步驟的涂敷方式采用鍍膜或燒結(jié)方式。所述C步驟的高導(dǎo)熱率散熱物質(zhì)為金、銀、銅或金剛石。

本發(fā)明的有益效果是：激光晶體柱面的螺紋或環(huán)形微結(jié)構(gòu)，不僅克服了水冷卻中的湍流，提高了泵浦的均勻性，而且增加了激光晶體的表面積，可提高激光輸出功率約15％，并增加了柱面的散熱；激光晶體兩端的(5～10)mm的高導(dǎo)熱率的散熱物質(zhì)，大大改善了激光晶體的散熱，提高光束質(zhì)量。經(jīng)試驗，在同等條件下，采用高綜合性能激光晶體對熱性能改善將達到20％以上，實現(xiàn)了高密度均勻泵浦無損傷。下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的A處局部放大圖；

圖3是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖2的B處局部放大圖；

附圖標記：1為棒狀激光晶體，2為涂敷層，3為螺紋結(jié)構(gòu)，4為環(huán)形結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

實施例1