[发明专利]KBBF族晶体与棱镜耦合的光学耦合器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学耦合器件及制备方法，特别涉及一种KBBF族晶体与棱镜耦合的光学耦合器件及制备方法。

背景技术

光学系统经常需要将两个或多个光学元件结合到一起，一般有如下三种方法，光学胶粘接、直接光胶和键合。光学胶粘接是用光学胶粘接两个镜面抛光的表面，这种技术简单易行，可以粘接非同种光学材料，但缺点是任何中间粘结物会给表面带来瑕渍，影响元件的质量；再者很难找到和光学元件折射率完全一致的光学胶，特别在两个光学元件为非同种光学材料是尤为如此，光线经由元件和胶体界面时不可避免地要发生菲涅耳反射，损失光通量；最后，光学胶结合力不够牢固，特别是在激光系统中应用时容易受热，导致光学胶软化、变形甚至开裂，在较强激光功率作用下，光学胶易产生光损伤，影响使用。

第二个方法是将两个元件直接光胶，这是通过超光滑表面粘结光学元件的一项技术，称为“光胶”，而其实并没有用到任何实际的胶。其原理是两个足够光滑的表面可以相距很近，其分子会紧紧相邻，相互之间的距离很小，由于电磁作用而相互吸引。表面越是光滑，分子间的距离越小，这种吸引力就越大，这种分子相互吸引的合力甚至比第一种方法光学胶的粘结力还要大。光胶对同类光学材料的结合非常适用，但是若两个光学元件属于非同种光学材料，由于热膨胀系数的不同，在受热时会产生不一致的膨胀，导致两个元件分离，这在高功率激光系统中尤为常见。故光胶一般只能用于小功率激光系统，例如目前通用的激光晶体(Nd:YVO₄)和非线性倍频晶体KTP通过光胶形式制成的532nm绿光激光器晶体组件，在500mW的LD泵浦下能产生70mW以上的绿光。

第三种是高温键合，适用于同类光学材料的结合，其方法是在普通光胶的基础上进行高温热处理，让两个光学元件靠近界面处发生原子的高温扩散，增强结合力。这种方法一般只能用于同类光学材料之间，例如在掺杂YAG晶体激光棒两端光胶不掺杂的YAG晶体，经过高温处理完成键合，达到改善激光棒热性能的目的。

KBBF族晶体是目前唯一可通过直接倍频方法实现深紫外谐波光输出的非线性光学材料。为解决层状结构的KBBF族晶体难以按倍频相位匹配方向切割的难题，一种非线性光学晶体光接触棱镜耦合技术(PCT)及其装置已经发明(ZL 01115313.X；US 6,859,305B2；日本专利4074124)，解决了使该种晶体实现了高效、高光束质量和宽调谐等实用化、精密化深紫外倍频功能。

目前光学加工领域内，KBBF族晶体棱镜耦合器件中，KBBF族晶体和氟化钙晶体棱镜或石英玻璃棱镜通过普通光胶耦合，由于是非同种材料，结合力不够强，而且界面两边材料的热膨胀系数等热性能不一样，在受热时会产生不一致的膨胀，导致两个光学元件分离或界面损坏。特别是在高功率激光系统中，激光功率大，持续时间长，界面处不易散热，温度过高，常常在界面处先造成损坏，轻者影响激光光束质量，重者导致两个界面脱离，期间作废。另外对于KBBF族晶体和KBBF族晶体之间也往往采用光胶结合增加通光长度。由于KBBF族晶体组成复杂，原子种类较多，因而具有复杂的热性能，我们称之为可光胶性不强。在高功率激光系统中，同样会在界面处先造成损坏，严重的可导致两个界面脱离。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有KBBF族晶体棱镜耦合器件中KBBF族晶体和光学晶体或光学玻璃光胶时结合力不够的问题，而提供一种KBBF族晶体与棱镜耦合的光学耦合器件及制备方法。器件中的KBBF族晶体与棱镜耦合之间耦合是通过过渡层光胶，属于同种材质光胶，属于强化光胶，胶合区无空洞，胶合强度得以大大提高；且工艺简单、成本低，可用于激光光学元器件，提高器件性能和抗光损伤阈值。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供的一种KBBF族晶体与棱镜耦合的光学耦合器件，其由：

具有二光滑表面的KBBF族晶体；

分别蒸镀于所述KBBF族晶体的该二光滑表面上的过渡层；及

分别光胶于被激活后的所述二过渡层上的棱镜组成；

所述过渡层厚度为200nm-1000nm，其材质与棱镜材质相同；

所述KBBF族晶体的二光滑表面为晶体的结晶学c面；

所述KBBF族晶体的光滑表面的表面粗糙度Ra小于0.5纳米，面型精度小于1/8光圈；

所述的KBBF族晶体为一块KBBF族晶体或为由多块KBBF族晶体通过过镀层薄膜光胶组合而成的多KBBF族晶体组合体；所述过镀层薄膜为不同于所述KBBF族晶体材质的膜层。