[發(fā)明專利]一種提高CO2激光器倍頻效率的準(zhǔn)相位匹配晶體制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210004947.0
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102570276A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李強(qiáng);羅旭;雷訇;惠勇凌;姜夢華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01S3/109
• 分類號: H01S3/109;G02F1/37
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用硒化鋅單晶制成的準(zhǔn)相位匹配倍頻器件，用于CO₂激光器倍頻產(chǎn)生中紅外激光，屬于非線性光學(xué)晶體領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

CO₂激光器倍頻光處于中紅外波段，中紅外激光有很好的大氣傳播特性，同時(shí)還具有在海平面上低的分子吸收系數(shù)和氣懸物散射系數(shù)，是大氣中衰減最小的紅外窗口，因此成為人們所期望的實(shí)用相干光源。有效對CO₂激光倍頻，對于獲得大功率、小體積、可靠度高的實(shí)用性中紅外激光有著重要的意義。準(zhǔn)相位匹配方式相對于雙折射匹配方式可以獲得更高的轉(zhuǎn)換效率，常用的晶體是砷化鎵，這種材料折射率高，菲涅耳損耗大。目前制備的準(zhǔn)相位匹配晶體通光孔徑小、晶體長度短、光學(xué)損耗大。用鍵合方式制備的準(zhǔn)相位匹配晶體通光孔徑大，但傳統(tǒng)擴(kuò)散鍵合需要高溫、高壓條件，晶體存在位錯、表面氧化等問題，導(dǎo)致晶體光學(xué)損耗大，嚴(yán)重影響倍頻轉(zhuǎn)換效率。?

除了擴(kuò)散鍵合的方法，其它制備準(zhǔn)相位匹配晶體的方法目前難以實(shí)現(xiàn)大功率、高效率倍頻。2004年，斯坦福大學(xué)的K.L.Vodopyanov等人，發(fā)展了分子束外延生長和氫化物氣相沉積外延生長準(zhǔn)相位匹配晶體技術(shù)，但是生長出來的準(zhǔn)相位匹配晶體通光孔徑小。直到現(xiàn)在，這種方法制備的準(zhǔn)相位匹配晶體通光直徑依然不到2mm(文獻(xiàn)1，Vodopyanov?K?L，Levi?O，Kuo?P?S，et?al.Optical?parametric?oscillation?in?quasi-phase-matched?GaAs：Lasers?and?Electro-Optics(CLEO)，2004.Conference?on[Z].2004，pp1-3；文獻(xiàn)2，Gonzalez?L?P，Upchurch?D?C，Schunemann?P?G，et?al.Continuous-wave?second?harmonic?generation?of?a?tunable?CO₂?laser?in?orientation-patterned?GaAs：Lasers?and?Electro-Optics(CLEO)，2011.Conference?on[Z].2011，pp?1-2)。另一種方法是光學(xué)接觸的方式，將晶體表面拋光至原子尺度的粗糙度和表面平整度，常溫下將晶片貼合在一起。由于光學(xué)接觸無需高溫高壓，所以損耗小，但是這種方式拋光工藝要求高，可以大尺寸制造，但實(shí)現(xiàn)難度極大，因此層數(shù)較少，目前世界報(bào)道的最多可以貼合到十幾層(文獻(xiàn)3，Walter?C.Hurlbuta，Vladimir?G.Kozlova，Konstantin?Vodopyanovb.THz-wave?generation?inside?a?high-finesse?ring-cavity?OPO?pumped?by?a?fiber?laser，2011，Vol.7582)。綜上所述，制備準(zhǔn)?相位匹配晶體方法中，外延生長的方法目前難以大尺寸通光，不適合產(chǎn)生高功率倍頻光；光學(xué)接觸的方式由于目前貼合層數(shù)少，轉(zhuǎn)換效率低。?

我們提出的用硒化鋅晶體低溫鍵合制備準(zhǔn)相位匹配晶體，利用了該晶體在CO₂倍頻方面優(yōu)良的性質(zhì)，具有較高的品質(zhì)因數(shù)，同時(shí)低溫鍵合技術(shù)損耗小的特點(diǎn)制備適合大功率輸出的CO₂倍頻晶體。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服目前制備準(zhǔn)相位匹配晶體疇反轉(zhuǎn)周期少，通光孔徑小，光學(xué)損耗大的問題，提出一種提高CO₂激光器倍頻效率的準(zhǔn)相位匹配倍頻方法。?

一種提高CO₂激光器倍頻效率的準(zhǔn)相位匹配晶體制備方法，其特征在于：用硒化鋅單晶作為準(zhǔn)相位匹配倍頻晶體，將硒化鋅單晶垂直<110>方向切割成多個(gè)規(guī)格相同的厚度為100-120μm的薄片，相鄰晶片極化方向相差180°，晶片的表面拋光后經(jīng)過氫離子束轟擊處理，通過鍵合技術(shù)將相鄰硒化鋅晶片牢固結(jié)合，使多層晶片形成一體。?

進(jìn)一步，使用氫離子束清洗硒化鋅表面，清洗過程在真空度小于5*10^-5Pa的真空中進(jìn)行，轟擊時(shí)間為20分鐘；鍵合過程在超高真空中進(jìn)行，真空度小于10^-7Pa，晶片整體均勻加溫到200℃，晶片均勻施加10kg/cm²的壓力，保持60分鐘，最后退火到室溫。?