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键合Nd:YAG、Nd:YVO_4光电器件研制及性能测试研究

王世武  
【摘要】: 由于在生活生产各个领域的大量需求,光电技术领域正突飞猛进的发展,其中光电材料是这个领域中至关重要的组成部分。光电技术用的各类材料中,晶体材料的生长、加工、镀膜等各个环节的设计和控制是一大研究热点。我们本文中主要关注一类特殊的光电晶体——键合晶体。键合晶体是把一块激光晶体和一块或两块纯的非掺杂同质基底材料通过键合技术实现稳固结合的一种产品。由于不掺杂晶体起到热沉的作用,利于晶体更好地散热,有效地改善了晶体中心和侧面的温度梯度(在相同泵浦条件下,以键合晶体YVO4Nd:YVO4替代Nd:YVO4晶体,最大温升可降低23.4%),减小了由端面变形和热致温度梯度引起的热透镜效应,有利于激光器稳定及高功率运转。同时,键合工艺还可以获得大尺寸的激光晶体,可以使很多性能优异但生长尺寸受到限制的晶体重新焕发生机,使其产业化成为可能。再者,通过键合晶体,可以优化激光器的设计,实现小型化和集成化,在被动调Q激光器中应用突出。 因此,键合晶体在充分发挥激光晶体性能的作用中有突出的贡献,研究键合晶体的生产工艺和其激光性能,可以发现晶体的优缺点,更好的发挥晶体的性能,实现高功率高质量的激光输出。研究不同工艺的键合晶体的激光性能,对于实际应用和生产都具有指导意义。 本论文对键合激光晶体进行了系统研究,包括晶体毛坯的生长、晶体加工、键合晶体加工工艺、键合晶体的激光性能研究等一系列的内容。具体研究内容如下: 1.研究了Nd:YVO4和Nd:YAG晶体的毛坯生长工艺,包括多晶料合成、单晶生长、降温、退火等各个环节的实施原则和控制,以及毛坯质量评价过程。并实际生长了多块高质量的Nd:YVO4和Nd:YAG晶体毛坯。 2.研究了Nd:YVO4和Nd:YAG键合晶体的制作工艺,包括备毛坯料、基片切割、基片粗磨、基片抛光、基片检测、光胶、升温处理、光胶面检测、键合晶体粗磨、键合晶体抛光、键合晶体端面检测、镀膜、键合晶体镀膜检测等各个环节,并在此基础上制作了多块键合晶体,包括单端键合YVO4/Nd:YVO4晶体、双端键合YVO4/Nd:YVO4/YVO4、单端键合YAG/Nd:YAG晶体等。 3.通过具体实验分析,研究了键合晶体在减弱热效应的影响、提高激光输出性能的效果,包括进行键合Nd:YAG晶体产生1123nm激光的研究,并与非键合Nd:YAG晶体的性能进行比较;研究单端键合Nd:YVO4晶体的激光性能,包括两部分内容,首先是对键合Nd:YVO4晶体产生1064 nm激光的研究,其次是该晶体产生1085 nm激光的研究;对LD端泵情况下单端键合Nd:YVO4晶体的热焦距进行了测量;用单端键合Nd:YVO4晶体作为激光增益介质,进行了内腔式KTiOAsO4(KTA)光参量振荡器(OPO)的研究,实现了高转换效率的3.5微米中红外激光输出;对双端键合Nd:YVO4晶体的激光性能进行了实验研究,实验中采用LD双端泵浦,以提高激光输出功率,并对实验结果进行了分析。 本论文的主要创新点如下: 1.首次用键合Nd:YAG晶体产生1123 nm激光,并获得了很好的激光输出效果; 2.880 nm LD泵浦键合Nd:YVO4晶体产生了1085 nm激光; 3.键合Nd:YVO4晶体首次用来泵浦KTA-OPO产生3.5微米中红外激光,获得了高效率的输出结果。


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