[發(fā)明專利]鉺摻雜釔鋁石榴石陶瓷脊形波導(dǎo)激光器件的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010284511.2
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN101969170A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳峰;譚楊;任盈盈;管靜;姚一村
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: H01S3/06
• 分類號: H01S3/06;H01S3/17
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉺摻雜釔鋁石榴石陶瓷脊形波導(dǎo)激光器件的制備方法，屬于光電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鉺離子摻雜釔鋁石榴石陶瓷(Er-doped?yttrium?aluminum?garnet，或簡寫為Er:YAG陶瓷)作為激光工作物質(zhì)具有優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，而且損傷閾值高、耐熱沖擊性能好等特點。相對于鉺離子摻雜釔鋁石榴石晶體，Er:YAG陶瓷制備簡單，可以生長的尺寸更大，獲得很高的摻雜濃度，在大批量生產(chǎn)時極大地降低生產(chǎn)成本。Er:YAG陶瓷可以輸出波長為2940納米左右的激光。因為波長為2940納米左右的激光能被水吸收，所以Er:YAG陶瓷激光器可以應(yīng)用于醫(yī)療。此外，Er:YAG陶瓷還可以輸出波長為1645納米左右的激光。波長為1645納米左右的激光是大氣窗口和人眼的安全波段，對光通信領(lǐng)域、相干雷達是非常重要，在集成光學(xué)、光通訊等方面有很大的應(yīng)用潛力。

波導(dǎo)被定義為低折射率的介質(zhì)包圍起來的高折射率介質(zhì)區(qū)域，它是集成光學(xué)的基本元件。由于光束在高折射率和低折射率介質(zhì)邊界處，低折射率介質(zhì)一側(cè)的全內(nèi)反射，因而被限制在高折射率介質(zhì)中傳播。波導(dǎo)的橫截面只有幾個或幾十個平方微米，可以將光的能量約束在非常小的區(qū)域內(nèi)。如果在與光束傳播方向垂直的截面上，光束只在一個方向上受到約束而被導(dǎo)引，波導(dǎo)就是平面波導(dǎo)，如果在全部橫截上受到限制則是條形波導(dǎo)。脊形波導(dǎo)是條形波導(dǎo)的一種。在脊形波導(dǎo)的三個面被空氣包圍，一個面和基質(zhì)材料相接觸。基質(zhì)材料和空氣的折射率差大(折射率差大約是0.83)，根據(jù)全反射原理，脊形波導(dǎo)可以更好的對光進行限制，能達到更高的集成光學(xué)元件集成度。用一定條件的激光對激光材料制備出的波導(dǎo)進行泵浦，就會輸出波導(dǎo)激光。與體器件相比，波導(dǎo)的橫截面只有幾個平方微米或者幾十個平方微米，能把光束的能量約束在非常小的體積內(nèi)，能夠有效的提高光功率密度，從而降低激光器的閾值功率，提高斜率效率；另外，波導(dǎo)激光還具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高，利于集成等優(yōu)點。到目前為止，還沒有在Er:YAG陶瓷材料上制備波導(dǎo)的報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鉺摻雜釔鋁石榴石陶瓷脊形波導(dǎo)激光器件的制備方法。

本發(fā)明采用氟離子注入、光刻和氬離子刻蝕技術(shù)制備Er:YAG陶瓷脊形波導(dǎo)激光器件，制備方法包括：

1)對鉺離子摻雜釔鋁石榴石陶瓷樣品的待加工面進行拋光，并對拋光后的樣品清洗；

2)對樣品拋光面進行氟離子注入，形成平面波導(dǎo)；氟離子注入能量為3-4MeV，劑量為4×10¹⁴～1×10¹⁵離子/平方厘米；

3)利用光刻技術(shù)在平面波導(dǎo)上制作光刻膠掩膜，光刻膠掩膜寬10微米厚2微米；

4)用氬離子束對平面波導(dǎo)表面進行刻蝕，形成脊形波導(dǎo)；

5)對脊形波導(dǎo)進行熱退火處理，降低光在波導(dǎo)中傳播時的損耗；

6)對垂直于脊形波導(dǎo)的兩個端面拋光，在脊形波導(dǎo)兩個端面上鍍反射膜，作為激光諧振腔膜，形成鉺摻雜釔鋁石榴石陶瓷脊形波導(dǎo)激光器件；

7)利用激光器對Er:YAG陶瓷波導(dǎo)進行泵浦，可輸出波長在2940±1納米和1645±1納米的紅外激光。

用氟離子進行注入時，氟離子為二價氟離子或四價氟離子；氬離子刻蝕時，氬離子能量為500電子伏，刻蝕過程中，離子束與樣品表面成60度夾角。

使用氟離子進行注入，所需劑量低，因而成本較低；氬離子束刻蝕可以對樣品的表面形貌進行加工，加工后的樣品平整性好。波導(dǎo)區(qū)內(nèi)的折射率改變及波導(dǎo)模式可以通過注入離子的劑量和能量或?qū)Σ▽?dǎo)進行不同條件的退火進行調(diào)節(jié)和控制。波導(dǎo)激光的輸出可以通過精確調(diào)控耦合模式的匹配來增強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備Er:YAG陶瓷波導(dǎo)激光的流程圖；

圖2為制作Er:YAG陶瓷的脊形波導(dǎo)的工藝步驟示意圖；

圖3為Er:YAG陶瓷條形波導(dǎo)激光產(chǎn)生的產(chǎn)生示意圖；

圖中：1、MeV氟離子注入，2、平面波導(dǎo)，3、Er:YAG陶瓷，4、氬離子束，5、光刻膠掩膜，6、脊形波導(dǎo)，7、泵浦光，8、偏振片，9、凸透鏡，10、波導(dǎo)激光，11、激光諧振腔輸出端鍍反射膜，12、激光諧振腔輸入端鍍反射膜。

具體實施方式

實施例1：

一種鉺摻雜釔鋁石榴石陶瓷脊形波導(dǎo)激光器件的制備方法，制備方法如下：

1)對鉺離子摻雜釔鋁石榴石陶瓷樣品(3)的待加工面進行拋光，并對拋光后的樣品清洗；