[发明专利]一种1.5微米波长热键和复合激光晶体制备方法

说明书

一种1.5微米波长热键和复合激光晶体制备方法，属于激光晶体和固体激光技术领域。包括以下步骤：对铒玻璃和掺钴尖晶石的表面进行处理；材料表面加工处理后，再经过清洗、活化处理后，进行光胶，光胶好的晶体在常温环境下静置一段时间后，放入加热炉对得到的Er:Yb:glass‑spinel进行热处理；热处理采用升温、降温按照“缓慢、阶梯式”的过程进行，同时还采用恒温过程。采用本发明方法得到的热键和复合晶体Er:Yb:glass‑co:spinel做激光实验，能够得到1.5μm的激光输出。

技术领域

本发明是一种1.5微米波长热键和复合激光晶体制备方法，属于激光晶体和固体激光技术领域。

背景技术

1.5μm属于人眼安全波段，且正好处于大气窗口。目前获得1.5μm激光主要有两种方式。一种是通过非线性光学过程频率变换，另一种是激光工作物质直接产生两种方式。前一种方式主要利用光参量振荡(OPO)，受激拉曼散射(SRS)，自激拉曼散射等方式实现频率转换获得1.5μm激光^[1-5]。后一种方式主要包括直接输出1.5μm激光半导体激光器和LD抽运掺铒离子的玻璃晶体激光器。利用LD抽运掺Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃方式可以满足高峰值功率、小体积等要求，同时具有光束质量好，转换效率高的特点。在人眼安全激光测距/目标指示、军事和光纤通信中有着广泛的应用需求。

晶体键合技术是将同质或者异质晶体材料，经晶体制备(即表面加工处理)、清洗、活化处理，不使用任何粘接物质，在一定的条件下直接贴合成一体，晶体通过范德华力、分子力、甚至原子力结合在一起。晶体键合技术在新型光器件、新型固体激光器研究方面具有非常重要的意义。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种能够在1.5微米附近实现激光输出的，Er:Yb:glass和co:spinel的热键和复合晶体制备方法。

本发明的技术方案，包括以下步骤：

(1)材料表面加工处理

铒镱共掺磷酸盐玻璃的莫氏硬度4～5，铒镱共掺磷酸盐玻璃Er:Yb:glass，以下简称“铒玻璃”，将铒玻璃的表面进行加工，最终得到Er:Yb:glass的表面均方根粗糙度σ≤0.3nm，面型≤λ/10；掺钴尖晶石(co:spinel)的莫氏硬度是8，对其研磨和抛光co:spinel的表面均方根粗糙度σ≤0.6nm，面型≤λ/10；

(2)热键合

步骤(1)材料表面加工处理后，再经过清洗、活化处理后，进行光胶，光胶好的晶体在常温环境下静置一段时间后，放入加热炉对得到的Er:Yb:glass-spinel进行热处理；热处理采用升温、降温按照“缓慢、阶梯式”的过程进行，同时还采用恒温过程；

设定最高恒温温度T₂为290-310℃中的某一温度，优选300℃；室温-T₁每5分钟升1-2℃(优选1℃)，T₁为190-210℃中的某一温度，优选200℃；然后在T₁恒温不低于10小时；升温从T₁升温到T₂，每10分钟升1-2℃(优选1℃)，在T₂恒温不低于10小时；降温过程与升温过程对称，但没有恒温过程；

热处理的关键要素是热处理温度和热处理时间。热处理温度的最高值一般选择两块晶体中低熔点材料熔点的0.4-0.9倍。另外，为了防止晶体在加热过程中发生相变，温度也需要比晶体发生相变的温度低80-100℃。热处理时间与键合面的尺寸大小、新化学键形成与排布的速率有关。通常情况下，热处理的高温保持时间长度在8-50小时，根据加热材料的成分不同，实际时间可以适当缩短或者延长。