[发明专利]双包层环形波导激光晶体的制备方法

说明书

本发明公开了一种双包层环形波导激光晶体的制备方法。本发明的有益效果在于，解决了波导激光晶体由于键合面积大，键合面容易出现散射气泡缺陷，制备困难的难题。利用本发明方法，可以稳定地制备出高质量的环形波导激光晶体。

技术领域

本发明涉及一种制备方法，尤其是双包层环形波导激光晶体的制备方法。

背景技术

高功率全固态固体激光器在工业加工、国防、科研等领域有着重要的应用。随着应用的发展，高功率固体激光器不断向着更高功率、更高效率、更高光束质量、更小体积、更紧凑结构方向发展。但随着输出功率的增高，固体激光增益介质内部热效应严重制约了转换效率的提高、破坏了光束质量，不得不加装庞大而复杂的散热系统，使得激光器体积庞大、结构趋于复杂。为了解决增益介质热效应，提高激光器件输出功率水平，高功率固体激光器已先后发展出了棒状固体激光器、板条状固体激光器、盘片状固体激光器以及光纤激光器，棒状固体激光器和传统的板条固体激光器由于增益介质在三维方向上尺寸均较大，无法完全有效的解决热效应问题，因此输出功率水平仍有限，目前单块板条最高输出功率为5kW左右；盘片状固体激光器，增益介质厚度很薄，很好的解决的散热和增益介质温度均匀性问题，但封装复杂，热沉焊接困难，单块盘片尺寸受限，目前单盘片最大输出功率也为5kW左右；双包层光纤激光器，由于具有良好的散热能力，光束传输被很好的限制在了增益介质内部，拥有极佳的光束质量，可以实现较高功率水平的高光束质量激光输出，但由于光纤芯径较小，基质材料为玻璃，抗光损伤阈值低，单纤输出功率有限，输出功率存在瓶颈。

技术人员开发了一种二维平面波导板条高功率固体激光器，即将掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)激光晶体、不掺杂YAG晶体和蓝宝石晶体，但二维平面波导板条结构固体激光器件也存在着严重的技术瓶颈：一是板条增益介质厚度很薄，宽度很大，光束为典型的大纵横比光束，光束的传输和矫正困难，功率密度高，自发辐射放大效应严重，存在着严重的边缘效应；二是制作工艺复杂，双包层平面波导结构板条难于获取。解决这些技术缺陷，可以从两个方面来考虑：一方面是改变现有结构，使之成为环形结构，消除边缘效应；另一方面是解决平面波导结构板条制备工艺难题，降低制备工艺难度，实现低成本、高可靠制备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双包层环形波导激光晶体的制备方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种双包层环形波导激光晶体的制备方法，步骤包括：

(1)采用提拉法生长的YAG晶体、Yb:YAG晶体和泡生法生长的蓝宝石晶体为初始原料，从蓝宝石晶体毛坯上选切外径为10-40mm和25-50mm、长度为50-60mm的晶体棒，从YAG晶体毛坯上分别选取外径为15-50mm和20-50mm，长度为50-60mm的YAG晶体棒，从Yb:YAG晶体毛坯上选取直径为20-50mm，长度为50-60mm的Yb:YAG晶体棒；

(2)利用机械加工方法，将直径10-40mm的蓝宝石晶体棒加工成外径为10-40mm、内径为5-30mm，外表面锥度为1:200-500的圆筒，采用古典机械抛光方法对内、外表面进行光学精密抛光处理，外表面粗糙度为0.5nm，光洁度为10-5级；再将直径15-50mm的YAG晶体棒加工成内径为10-40mm、外径为15-50mm，内表面锥度为1:200-500的晶体棒，内表面粗糙度为0.5nm，光洁度为10-5级；

(3)将两支晶体筒放于80-90％浓硫酸洗液中浸泡24h，然后取出用去离子水冲洗干净，并用无水乙醇脱水后，将蓝宝石晶体筒插入到YAG晶体筒中，通过旋转调整，将二者光胶在一起；

(4)然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10^-3Pa真空环境中、1300-1600℃的温度下，恒温20-40h；