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質的Cr，Tm，Ho：YAG晶體，先進的金剛石單線切割機床實現晶體元件的高精度切割，經過粗磨、精磨等磨拋工藝可實現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質晶體元件水平。

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2.1μm波段激光的優異晶體材料，是醫學、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，高質量的Cr，Tm，Ho：YAG激光增益介質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Cr3+，Tm3+，Ho3+在YAG晶體中的分凝系數，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，觀察晶體側心，核心。晶體切成三芽狀，去除晶體側心和核心，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內圓切割機可實現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，波前畸變優于0.15λ，消光比大于35dB，表明晶體質量好，加工指標優異。

參考文獻

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

（1. 皖江新興產業技術發展中心?安徽?銅陵?244000;2. 安徽火天晶體科技有限公司?安徽?銅陵?230009）