[發(fā)明專利]激光棒端接Cr4+：YAG的制備工藝

無效

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• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN101944703A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設計）人: 臧競存
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;C30B15/00;C30B33/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發(fā)明涉及了在激光棒的一端直接生長Cr⁴⁺:YAG的制備工藝，屬于單晶生長技術領域。

背景技術

短脈沖激光在航天航空、工業(yè)、軍事、醫(yī)療等領域有廣泛的應用價值。納秒量級激光脈沖可以通過調Q技術來實現(xiàn)，亞納秒激光脈沖可通過鎖模技術獲得。被動調Q和被動鎖摸技術都是利用可飽和吸收體對入射光的非線性吸收效應對腔內不同脈沖的損耗進行調制。相對于主動調Q技術，由于省去了外部的調制設備，因而具有價格便宜，結構簡單，可調性好，容易操作等優(yōu)點。Cr:YAG單晶吸收截面大，弛豫時間短，激發(fā)態(tài)吸收小，物理化學性能穩(wěn)定等特點，是目前近紅外光波段應用最廣泛的調Q材料。為減小器件尺寸和增加穩(wěn)定性，人們已用化學膠合技術將Cr:YAG與激光棒相連接，經加熱將激光工作物質與激光調Q材料組成統(tǒng)一的激光器件，稱為鍵合技術[李菊芬，應用光學，2010，31(1)：148]。但是，鍵合技術存在以下問題：對晶體加工要求異常嚴格，而且雖然是高溫加壓粘接，仍難以達到界面的原子級的完整晶體化，長期使用會在接縫處產生變形，不僅影響激光光束質量，嚴重的還會發(fā)生分離脫落，降低使用壽命。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是為了解決上述問題，提供一種在激光棒一端直接生長Cr⁴⁺:YAG晶體的制備工藝。因為是同質材料，都是金乙鋁石榴石，可以達到晶格基本一致的完整晶體。

所采用的技術方案為：將按照常規(guī)方法加工好的激光棒Nd:YAG直接在Cr:YAG溶體中接晶，等徑生長到一定尺寸時提出液面，降溫冷卻至室溫，再研磨、拋光、鍍膜，成為帶調Q元件的激光棒。

本發(fā)明的激光棒端接Cr⁴⁺:YAG的制備工藝，包括以下步驟：

(1)按照常規(guī)加工方法定向、切割，滾圓加工好激光棒Nd:YAG；

(2)將上述激光棒從頂部放入常規(guī)配比Cr:YAG的熔融液體中，激光棒邊緣微熔后以常規(guī)單晶生長工藝生長出所需長度的Cr:YAG單晶，得到端接Cr:YAG激光棒；

(3)激光棒埋入Al₂O₃粉中，在1350℃中保溫24h退火后，得到端接Cr⁴⁺:YAG；

(4)按所需透過率，經計算后進行切割、拋光、鍍膜后成為具有調Q功能的輸出短脈沖激光棒。

本發(fā)明達到了以下技術效果：

(1)直接生長端接Cr⁴⁺:YAG激光棒，在摻Nd³⁺和摻Cr⁴⁺晶體之間無任何機械接縫，避免了粘接法產生的各種缺陷，其晶格構造完全相同，物理機械性能整體保持了一致性；

(2)獲得具有短脈沖輸出的端接Cr⁴⁺:YAG調Q激光棒，改善了激光光束質量，提高了效率，能有效延長激光晶體的使用壽命，增大了激光的平均輸出功率和激光脈沖重復頻率；

(3)晶體調Q部分吸收值可根據(jù)不同要求由長度確定，增加了器件的適應性和靈活性；

(4)晶體性能測試采用激光領域的常規(guī)測試方法，其測試結果見表1。結果說明本發(fā)明能滿足激光晶體工業(yè)應用的要求。

表1

具體實施方式

實施例1

在試驗過程中采用DJ400單晶爐，中頻感應加熱，高純氬氣作為保護氣氛，銥坩堝盛料，Czochralski(丘克拉斯基)法生長。采用的轉速為10～25r.p.m。實驗過程中一般按實際應用要求采用直徑為2～8mm，長度為35～150mm的激光棒進行接晶。

激光棒端接Cr⁴⁺:YAG的制備工藝，包括以下步驟：

1)按照常規(guī)加工方法定向、切割，滾圓加工好Ф5×150mm激光棒Nd:YAG；

2)將上述激光棒從頂部放入常規(guī)配比Cr:YAG的1970℃時熔融液體中，激光棒邊緣微熔后以0.5mm/h的速率提拉，等徑生長10mmCr:YAG后，提出晶體降溫，得到端接Cr:YAG激光棒；其中Cr:YAG熔體配料成份為：Cr₂O₃∶CaO∶MgO∶YAG＝0.1％∶0.05％∶0.05％∶99.8％。

3)將上述激光棒埋入Al₂O₃粉中，在1350℃中保溫24h退火后，得到端接Cr⁴⁺∶YAG；按所需透過率，經計算后進行切割、拋光、鍍膜后成為具有調Q功能的輸出短脈沖激光棒。所得激光棒的性能如表1。