CR,TM,HO:YAG激光晶體的生長與元件加工性能研究

戴龐達 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，先進的金剛石單線切割機床實現(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行了檢測，實驗表明面形、波前畸變和消光比都達到優(yōu)質(zhì)晶體元件水平。

關鍵詞：Cr，Tm，Ho：YAG;晶體生長;加工;檢測

0引言

Cr，Tm，Ho：YAG激光晶體是實現(xiàn)2.1μm波段激光的優(yōu)異晶體材料，是醫(yī)學、光通信、激光雷達、軍事等方面應用的理想光源[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，高重復頻率，短脈沖的目標，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鍵問題。

1、晶體生長

本文采用提拉法進行Cr，Tm，Ho：YAG激光晶體生長，生長方向為<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行生長，生長氣氛為氮氣，拉速為1-2 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，進行元件的切割與加工， Cr，Tm，Ho：YAG晶體毛坯粘結在工作臺上，設置切割速度為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，再將晶體切成細長條狀。將細長條狀晶體元件在晶棒滾圓機上滾圓，雙端面經(jīng)過粗磨、細磨、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)對圓棒進行了消光比測試，測試結果表明晶體棒端面面形精度高，PV值達到0.008λ，波前畸變優(yōu)于0.15λ，消光比大于35dB。

4、總結

采用提拉法成功生長出了? 55 mm×140 mm Cr，Tm，Ho：YAG晶體，金剛石單線切割機替代傳統(tǒng)內(nèi)圓切割機可實現(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，加工指標優(yōu)異。

參考文獻

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

（1. 皖江新興產(chǎn)業(yè)技術發(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）