CR,TM,HO:YAG激光晶體的生長與元件加工性能研究

戴龐達(dá) 竇仁勤 王小飛 張琦 周佳佳

摘要：本文對Cr，Tm，Ho：YAG激光晶體的生長，加工和檢測進(jìn)行研究，采用提拉法成功生長出優(yōu)質(zhì)的Cr，Tm，Ho：YAG晶體，先進(jìn)的金剛石單線切割機(jī)床實(shí)現(xiàn)晶體元件的高精度切割，經(jīng)過粗磨、精磨等磨拋工藝可實(shí)現(xiàn)圓棒晶體元件端面的高精度拋光，通過干涉射儀、消光比測試系統(tǒng)對加工好的晶體元件進(jìn)行了檢測，實(shí)驗(yàn)表明面形、波前畸變和消光比都達(dá)到優(yōu)質(zhì)晶體元件水平。

關(guān)鍵詞：Cr，Tm，Ho：YAG;晶體生長;加工;檢測

0引言

Cr，Tm，Ho：YAG激光晶體是實(shí)現(xiàn)2.1μm波段激光的優(yōu)異晶體材料，是醫(yī)學(xué)、光通信、激光雷達(dá)、軍事等方面應(yīng)用的理想光源[1-4]。目前國內(nèi)外對Cr，Tm，Ho：YAG激光器的研制作了大量的工作，也取得了較好的成果。基于高平均功率，高重復(fù)頻率，短脈沖的目標(biāo)，高質(zhì)量的Cr，Tm，Ho：YAG激光增益介質(zhì)和高精度晶體加工是首要解決的關(guān)鍵問題。

1、晶體生長

本文采用提拉法進(jìn)行Cr，Tm，Ho：YAG激光晶體生長，生長方向?yàn)?111>方向，沿此方向有利于大尺寸晶體生長，<111>方向的純YAG晶體棒作為籽晶。依據(jù)Cr3+，Tm3+，Ho3+在YAG晶體中的分凝系數(shù)，摻雜離子Cr3+，Tm3+，Ho3+的摻雜濃度分別是0.8at%，5.76 at%，0.36 at%。將高純的氧化物原料按配比稱重，充分混勻壓制成型后放入銥坩堝中進(jìn)行生長，生長氣氛為氮?dú)猓贋?-2 mm/h，轉(zhuǎn)速為5-15 r/min，生長完成后采用緩慢降溫程序，避免降溫過快導(dǎo)致晶體開裂。生長出的晶體毛坯尺寸為? 55 mm×140 mm。

2、元件加工

毛坯經(jīng)熱退火處理之后，進(jìn)行元件的切割與加工， Cr，Tm，Ho：YAG晶體毛坯粘結(jié)在工作臺上，設(shè)置切割速度為150-200mm/h，先除去頭尾并拋光，觀察晶體側(cè)心，核心。晶體切成三芽狀，去除晶體側(cè)心和核心，再將晶體切成細(xì)長條狀。將細(xì)長條狀晶體元件在晶棒滾圓機(jī)上滾圓，雙端面經(jīng)過粗磨、細(xì)磨、精拋等工序，加工成圓棒狀晶體元件，成品元件尺寸為? 4m×130 mm。

3、加工性能

采用ZygoXXX干涉射儀對經(jīng)過精加工的圓棒進(jìn)行表面面形及端面波前畸變檢測，采用消光比系統(tǒng)對圓棒進(jìn)行了消光比測試，測試結(jié)果表明晶體棒端面面形精度高，PV值達(dá)到0.008λ，波前畸變優(yōu)于0.15λ，消光比大于35dB。

4、總結(jié)

采用提拉法成功生長出了? 55 mm×140 mm Cr，Tm，Ho：YAG晶體，金剛石單線切割機(jī)替代傳統(tǒng)內(nèi)圓切割機(jī)可實(shí)現(xiàn)高精度晶體元件的切割，精加工后的晶體棒端面面形精度高，PV值達(dá)到0.008λ，波前畸變優(yōu)于0.15λ，消光比大于35dB，表明晶體質(zhì)量好，加工指標(biāo)優(yōu)異。

參考文獻(xiàn)

[1] B. M. Walsh， Laser Physics， 2009， 19（4）： 855～866.

[2] 吳春婷，鞠有倫，王振國，等. 激光二極管抽運(yùn)的 Tm，Ho：YLF 單模激光器[J]. 中國激光， 2008， 35（6）： 815～818 .

[3] 林志峰，高明偉，高春清. 激光二極管端面抽運(yùn) Tm：YAG 激光器[J]. 中國激光， 2007， 34（2）： 181～185 .

[4] 謝剛，彭躍峰，魯燕華，等.23.6W 高效率 2μm 激光器[J]. 中國激光， 2007， 34（11）：1488～1491.

項(xiàng)目支持：安徽省中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)-地方科研基礎(chǔ)條件和能力建設(shè)“環(huán)拋檢測系統(tǒng)”（編號201907A03050004）

（1. 皖江新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展中心?安徽?銅陵?244000;2. 安徽火天晶體科技有限公司?安徽?銅陵?230009）