[發明專利]激光裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 201710432972.1
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107492779A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 平等拓范;阿爾維達斯·考薩斯;鄭麗和;文森特·葉海亞;安原亮
• 申請（專利權）人: 大學共同利用機關法人自然科學研究機構
• 主分類號: H01S3/04
• 分類號: H01S3/04;H01S3/11
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 方應星,高培培

技術領域

本說明書中，公開利用固體激光介質(即增益介質)的激光裝置(包括激光激振器和激光放大器)及其制造方法。

背景技術

已知有當激發光入射時發光的固體材料。例如，Nd：YAG、Yb：YAG、Nd：YVO₄、Yb：YVO₄、Nd：(s-)FAP、Yb：(s-)FAP等的添加了稀土類元素的固體材料當激發光入射時發光。將該固體材料配置在激光諧振器之中時，從激光諧振器放出激光。在本說明書中，將使激發光入射而從激光諧振器放出激光的固體材料稱為激光介質。而且，也已知有當激發光和輸入光入射時放出將輸入光放大后的光的固體材料。在本說明書中，這種固體材料也稱為激光介質。

工作中的激光介質因發熱而需要冷卻。在美國專利第5,796,766號公報中公開了具備對激光介質進行冷卻的功能的裝置。在美國專利第5,796,766號公報的技術中，使激光介質為圓板狀，向同樣形成為圓板狀的透明的傳熱構件進行傳熱。在本說明書中，將圓板狀的激光介質的一方的平面稱為第一端面，并將另一方的平面稱為第二端面。在美國專利第5,796,766號公報的技術中，使圓板狀的第一傳熱構件與圓板狀的激光介質的第一端面接觸，使圓板狀的第二傳熱構件與圓板狀的激光介質的第二端面接觸，而從第一端面和第二端面這雙方對激光介質進行冷卻。

發明內容

在美國專利第5,796,766號公報中，為了使激光介質與傳熱構件接觸，而介紹了(1)通過機械性的力預先使兩構件接觸的方法(在美國專利第5,796,766號公報中表述為optical contact)、(2)通過粘結材料將兩構件粘結的方法、(3)通過環氧樹脂將兩構件固定的方法、(4)將兩構件進行擴散接合(diffusion bonding)的方法。

根據本發明人的研究，在所述(1)至(3)的方法中，判明了激光介質與傳熱構件之間的熱阻升高而無法對激光介質進行充分冷卻的情況。即，判明了無法將從激光介質能夠輸出的激光強度增大至所需等級的情況。這是因為，在所述(1)中，接觸面積不足，在所述(2)和(3)中，粘結劑或環氧樹脂層成為熱阻。根據所述(4)的方法，雖然能夠充分降低激光介質與傳熱構件之間的熱阻，但是由于在高溫下進行接合的情況、激光介質與傳熱構件的熱膨脹系數不同的情況，而對接合后的激光介質作用強的熱應力，這使得激光介質的發光能力下降，使發出的光的特性變化成不期望的特性。

本說明書中，公開了激光介質與傳熱構件之間的熱阻低，且不對接合后的激光介質作用強的熱應力的技術。

(激光裝置的制造方法)

在本方法中，制造一種激光裝置，所述激光裝置具備當激發光入射時發光的激光介質、導熱率比激光介質高并使激發光透過(稱為激發光一邊維持強度一邊通過的情況。以下相同)的傳熱構件，激光介質的端面與傳熱構件的端面接合。在本方法中，在激光介質和傳熱構件中的任一個構件的端面形成反射特性調整膜，在該反射特性調整膜的表面形成與激光介質和傳熱構件中的另一個構件材質相同的層，將“與另一個構件材質相同的層”的表面和“另一個構件”的端面在大致真空中進行活化，使活化后的面彼此在大致真空中接觸。

在此所說的活化是指形成包含懸空鍵的新生面的處理。例如，是指在大致真空中將Ar等的離子束或中性原子束向試樣表面照射，將表面吸附的氧等除去，形成包含懸空鍵的新生面的處理。使活化后的面彼此在大致真空中接觸時，產生基于原子間的相互作用的結合力。在本說明書中，將上述稱為常溫接合。大致真空是指如上所述，從表面除去氧等污染原子而形成新生面，且具備能夠維持該新生面的真空度的環境。

在本方法中，可以在激光介質和傳熱構件中的任一方形成反射特性調整膜。在激光介質的端面形成反射特性調整膜的情況下，在該反射特性調整膜的表面形成與傳熱構件材質相同的層(以下稱為傳熱構件同質層)，將傳熱構件同質層的表面和傳熱構件的端面在大致真空中進行活化，并使活化后的面彼此在大致真空中接觸。其結果是，得到將激光介質、反射特性調整膜、傳熱構件同質層、傳熱構件層疊而成的結構。在傳熱構件的端面形成反射特性調整膜的情況下，在該反射特性調整膜的表面形成與激光介質材質相同的層(以下稱為激光介質同質層)，將激光介質同質層的表面和激光介質的端面在大致真空中進行活化，使活化后的面彼此在大致真空中接觸。其結果是，得到將傳熱構件、反射特性調整膜、激光介質同質層、激光介質層疊而成的結構。