CN101944703A - 激光棒端接Cr4+：YAG的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了激光棒端接Cr4+:YAG的制备工艺，属于单晶生长技术领域。具体工艺包括：将按照常规方法加工好的激光棒Nd:YAG直接在Cr:YAG溶体中接晶，等径生长到一定尺寸时提出液面，降温冷却至室温，再研磨、抛光、镀膜，成为带调Q元件的激光棒。本发明避免了粘接法产生的各种缺陷，其晶格构造完全相同，物理机械性能整体保持了一致性，晶体调Q部分吸收值可根据不同要求由长度确定，增加了器件的适应性和灵活性。

Description

激光棒端接Cr4+:YAG的制备工艺
技术领域
本发明涉及了在激光棒的一端直接生长Cr4+:YAG的制备工艺，属于单晶生长技术领域。
背景技术
短脉冲激光在航天航空、工业、军事、医疗等领域有广泛的应用价值。纳秒量级激光脉冲可以通过调Q技术来实现，亚纳秒激光脉冲可通过锁模技术获得。被动调Q和被动锁摸技术都是利用可饱和吸收体对入射光的非线性吸收效应对腔内不同脉冲的损耗进行调制。相对于主动调Q技术，由于省去了外部的调制设备，因而具有价格便宜，结构简单，可调性好，容易操作等优点。Cr:YAG单晶吸收截面大，弛豫时间短，激发态吸收小，物理化学性能稳定等特点，是目前近红外光波段应用最广泛的调Q材料。为减小器件尺寸和增加稳定性，人们已用化学胶合技术将Cr:YAG与激光棒相连接，经加热将激光工作物质与激光调Q材料组成统一的激光器件，称为键合技术[李菊芬，应用光学，2010，31(1)：148]。但是，键合技术存在以下问题：对晶体加工要求异常严格，而且虽然是高温加压粘接，仍难以达到界面的原子级的完整晶体化，长期使用会在接缝处产生变形，不仅影响激光光束质量，严重的还会发生分离脱落，降低使用寿命。
发明内容
本发明目的是为了解决上述问题，提供一种在激光棒一端直接生长Cr4+:YAG晶体的制备工艺。因为是同质材料，都是金乙铝石榴石，可以达到晶格基本一致的完整晶体。
所采用的技术方案为：将按照常规方法加工好的激光棒Nd:YAG直接在Cr:YAG溶体中接晶，等径生长到一定尺寸时提出液面，降温冷却至室温，再研磨、抛光、镀膜，成为带调Q元件的激光棒。
本发明的激光棒端接Cr4+:YAG的制备工艺，包括以下步骤：
(1)按照常规加工方法定向、切割，滚圆加工好激光棒Nd:YAG；
(2)将上述激光棒从顶部放入常规配比Cr:YAG的熔融液体中，激光棒边缘微熔后以常规单晶生长工艺生长出所需长度的Cr:YAG单晶，得到端接Cr:YAG激光棒；
(3)激光棒埋入Al2O3粉中，在1350℃中保温24h退火后，得到端接Cr4+:YAG；
(4)按所需透过率，经计算后进行切割、抛光、镀膜后成为具有调Q功能的输出短脉冲激光棒。
本发明达到了以下技术效果：
(1)直接生长端接Cr4+:YAG激光棒，在掺Nd3+和掺Cr4+晶体之间无任何机械接缝，避免了粘接法产生的各种缺陷，其晶格构造完全相同，物理机械性能整体保持了一致性；
(2)获得具有短脉冲输出的端接Cr4+:YAG调Q激光棒，改善了激光光束质量，提高了效率，能有效延长激光晶体的使用寿命，增大了激光的平均输出功率和激光脉冲重复频率；
(3)晶体调Q部分吸收值可根据不同要求由长度确定，增加了器件的适应性和灵活性；
(4)晶体性能测试采用激光领域的常规测试方法，其测试结果见表1。结果说明本发明能满足激光晶体工业应用的要求。
表1
Figure BSA00000213509500031
具体实施方式
实施例1
在试验过程中采用DJ400单晶炉，中频感应加热，高纯氩气作为保护气氛，铱坩埚盛料，Czochralski(丘克拉斯基)法生长。采用的转速为10～25r.p.m。实验过程中一般按实际应用要求采用直径为2～8mm，长度为35～150mm的激光棒进行接晶。
激光棒端接Cr4+:YAG的制备工艺，包括以下步骤：
1)按照常规加工方法定向、切割，滚圆加工好Ф5×150mm激光棒Nd:YAG；
2)将上述激光棒从顶部放入常规配比Cr:YAG的1970℃时熔融液体中，激光棒边缘微熔后以0.5mm/h的速率提拉，等径生长10mmCr:YAG后，提出晶体降温，得到端接Cr:YAG激光棒；其中Cr:YAG熔体配料成份为：Cr2O3∶CaO∶MgO∶YAG＝0.1％∶0.05％∶0.05％∶99.8％。
3)将上述激光棒埋入Al2O3粉中，在1350℃中保温24h退火后，得到端接Cr4+∶YAG；按所需透过率，经计算后进行切割、抛光、镀膜后成为具有调Q功能的输出短脉冲激光棒。所得激光棒的性能如表1。

Claims (1)

1.激光棒端接Cr4+:YAG的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照常规加工方法定向、切割，滚圆加工好激光棒Nd:YAG；
(2)将上述激光棒从顶部放入常规配比Cr:YAG的熔融液体中，激光棒边缘微熔后以常规单晶生长工艺生长出所需长度的Cr:YAG单晶，得到端接Cr:YAG激光棒；
(3)激光棒埋入Al2O3粉中，在1350℃中保温24h退火后，得到端接Cr4+:YAG；
(4)按所需透过率，经计算后进行切割、抛光、镀膜后成为具有调Q功能的输出短脉冲激光棒。
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