[发明专利]磷化锗锌光参量振荡元件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及磷化锗锌光参量振荡元件的制作方法。

背景技术

中、远红外激光在定向红外激光干扰、红外遥感、红外测距、激光成像、红外医疗器械、药物检测、红外光刻、大气中有害物质的监测、远距离化学传感、深空探测等方面有着广泛应用，而其核心部件就是红外非线性光学元件，目前通过光参量振荡技术(OPO)实现3～5μm中红外激光输出的晶体有PPLN(周期性极化LiNbO₃)、AgGaS₂、AgGaSe₂、ZnGeP₂等，但是AgGaS₂的激光损伤阈值过低(15MW·cm^-2)，难于实现高功率输出；AgGaSe₂没有合适的双折射梯度来满足1μm处泵浦源的相位匹配，热导率低(0.011W/cm·K)，使用时会产生热梯度和热透镜效应，只限于在低平均功率激光器中的应用；PPLN晶体的扭顽场高(21kV/mm)，使其横向增益长度有限，生长厚度超过1mm以上的PPLN晶体非常困难。

发明内容

本发明是要解决现有的晶体对于3～5μm中红外波段激光输出功率低的问题，而提供磷化锗锌光参量振荡元件的制作方法。

本发明的磷化锗锌光参量振荡元件的制作方法按以下步骤进行：

一、晶体定向：先用X射线定向仪采用“十”字测定的方法测定出磷化锗锌晶体的(100)晶面或(110)晶面，晶向<001>，并在晶体表面标记；

二、晶体切割：按I类磷化锗锌光参量振荡元件的抽运波矢与晶体光轴的夹角θ为48°、51.5°、53.5°、55°或57.5°，ψ角为0°或90°或者按II类磷化锗锌光参量振荡元件的抽运波矢与晶体光轴的夹角θ为90°或63.5°，ψ角为45°，用内圆切割机按照磷化锗锌光参量振荡元件尺寸要求先沿标记的晶面(100)或晶面(110)将晶锭切割成晶片，即保证元件的ψ角；再用金刚石线切割机按θ角度要求将晶片切割成磷化锗锌光参量振荡元件尺寸要求的四棱柱，根据元件长度要求再一次旋转金刚石线切割机工作台90°切割出四棱柱的上、下底面作为通光面，并使底面与四棱柱侧棱垂直，得到晶体坯料；整个切割过程保证各个切面的定向误精度＜20′，通光面的有效通光孔径＞95％，通光面平行度≤2′、垂直度≤15′；

三、晶体粗抛：将步骤二切割出的晶体坯料的通光面用抛光机，在温度为25℃～28℃、研磨压力为100g/cm²～200g/cm²、转速为40～70转/分的条件下，依次用W10、W5和W3.5磨料研磨，研磨时间为20min～50min，使通光面表面光洁，无明显划痕；

四、晶体精抛：在温度为25℃～28℃、抛光压力为100g/cm²～500g/cm²、转速为40～70转/分的条件下，以甘油为冷却剂，以沥青盘为抛光盘，将经步骤三粗抛的晶体坯料的通光面用抛光机依次用磨料粒度为1μm、0.5μm和0.25μm的抛光液抛光，至通光面的表面粗糙度Rq≤1nm、平整度≤λ/6；

五、将经步骤四精抛的晶体坯料的通光面用H₂O₂和乙醇清理干净，然后用真空蒸镀方式在其通光面表面镀1.9μm～2.2μm和3.5μm～4.8μm的AR膜，镀膜过程为：将晶体坯料用夹具固定在真空蒸镀机的工件盘上，用离子源轰击晶体坯料，工件盘的烘烤温度为100℃～300℃，先在晶体通光面镀厚度为20nm～200nm的连接层；再真空蒸镀AR膜，AR膜以ZnSe、ZnS、ZnTe、LaF₃、YF₃和HfF₄中的任意两种为膜层材料，蒸镀方式为坩埚加热蒸发或电子束加热，镀膜参数：真空室压强为10^-2～10^-4Pa，沉积速率为0.3～5.0nm/s，膜层总厚度为500nm～2000nm，AR膜在1.9μm～2.2μm波长范围内的反射率R＜1％，在3.5μm～4.8μm波长范围内的反射率R＜0.3％，得到磷化锗锌光参量振荡元件。