[发明专利]一种复合板状激光晶体及其导模法制备方法

说明书

本发明公开了一种复合板状激光晶体及其导模法制备方法，包括确定复合板状晶体的层数N(N为≥2的整数)和尺寸；根据复合板状晶体的层数N和尺寸，设计制作出相匹配的具有N个独立空间的坩埚和N个供料狭缝的模具；并通过制备生长原料、制作籽晶、搭建温场、装炉和生长晶体等工艺步骤，获得复合板状激光晶体。本发明的复合板状晶体及其导模法制备方法，能够克服目前热键合法、提拉法和浮区法制备技术存在的缺点，实现大尺寸、高质量复合板状晶体的制备；并具有制备工艺相对简单、成本低的优点，可以有效提高产品的成品率和质量。

技术领域

本发明涉及激光晶体制备技术领域，具体涉及一种复合板状激光晶体及其导模法制备方法，应用于固体激光领域。

背景技术

板条激光器是高功率全固态激光的一个重要发展方向，在军事、工业和科研等领域具有广泛的应用前景。尽管目前通过设计合理的“之”字形光路，在一定程度上降低了板条状激光器的热效应，但传统的板条状固体增益介质都是均匀一致的激光晶体，因此沿抽运方向晶体吸收功率不同，在高功率抽运下仍会产生局部过热，严重制约着高功率激光光束质量的提高。因此，如何改善板条激光晶体的热均匀性，解决热效应以及温度梯度、自吸收等问题，提高输出激光的光束质量和激光效率，成为现今固体激光器研究的热点问题之一。

为解决以上问题，人们提出了复合结构的激光工作介质。最典型的复合结构就是掺杂晶体与不掺杂晶体复合成为双层或者三层结构的板状晶体，掺杂晶体即增益介质板条输出激光时产生的废热能够通过不掺杂的介质快速排出增益介质，降低了增益介质内的温度梯度和热效应。另一种复合结构是梯度掺杂的激光晶体，梯度掺杂是指激光晶体的掺杂浓度按照理论计算值呈非线性变化的激光晶体，这种晶体可以使吸收功率沿抽运方向保持恒定，达到吸收均匀的目的，改善了局部过热的问题。这两类结构的复合晶体均有利于提高激光输出的光束质量和激光效率。目前常用的复合晶体的制备方法有：热键合法、提拉法、浮区法等。

然而，热键合法需对晶体元件进行抛光、光胶、高温处理等工艺过程，对加工和高温处理工艺要求高，尤其是大面积板条元件的高精度抛光和光胶的难度极高；同时，在元件结合处会存在较为明显的键合界面，这会导致严重的激光损耗。提拉法生长复合晶体的结合界面依赖于生长出的晶体与熔体之间的固液界面形状，难以保证其为平界面，并且复合界面处易存在较多气泡、包裹物等缺陷，无法提高固体激光的光束质量和效率；同时，大截面积籽晶在引晶过程中容易开裂，亦使得提拉法无法实现大尺寸复合板状晶体的生长；另外，本方法还需进行数次晶体生长，增加了制备周期和成本。浮区法制备复合晶体的原理是，首先制备复合的棒状多晶原料，上下固定，然后通过发射镜聚焦卤素灯或者氙灯的发射光加热多晶棒料使其熔化，移动棒料使得熔区离开加热区而冷却结晶；由于熔区是由熔体的表面张力支撑，受限于熔体特性、聚焦光斑大小以及能量等条件的限制，因此浮区法也难以实现大截面尺寸复合板状晶体的生长。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，设计一种可以实现导模法生长复合板状晶体的坩埚和模具，并提供一种可生长大尺寸、高质量复合板状晶体的导模法制备方法，以满足高功率全固态激光技术的发展对大尺寸、高质量复合板状晶体的需求。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种复合板状激光晶体的导模法制备方法，步骤包括

a、确定复合板状晶体的层数N(N为≥2的整数)和尺寸；

b、根据复合板状晶体的层数N和尺寸，设计制作出相匹配的坩埚和模具，所述坩埚内设有N个独立空间，所述模具包括有N个供料狭缝；

c、制备生长原料、制作籽晶、搭建温场、装炉和生长晶体。

进一步改进在于，所述坩埚为圆筒形或者长方体形。

进一步改进在于，所述坩埚内设有(N-1)个隔离板，所述隔离板均匀或者按复合板状晶体各层重量比间隔排列，将坩埚分成N个独立空间。