专利名称：一种大口径掺钛蓝宝石晶体的包边方法
技术领域：
本发明属于高功率固体激光器领域，具体涉及一种大口径掺钛蓝宝石晶体的包边方法。本发明主要适用于应用啁啾脉冲放大技术的高功率超短脉冲激光装置。
背景技术：
在以掺钛蓝宝石晶体为增益介质的高功率固体激光装置中，为了获得大能量激光脉冲输出需要采用大口径高掺杂浓度活性离子的掺钛蓝宝石晶体，但这样的掺钛蓝宝石晶体晶体却更容易产生横向自发辐射放大效应(ASE)，这一效应的存在使激光放大变得非常困难，也成为了提高掺钛蓝宝石晶体固体激光器增益的技术瓶颈。
发明内容
为了解决上述激光装置中自发辐射放大的问题，本发明提供一种大口径掺钛蓝宝石晶体的包边方法。
本发明解决技术问题的思路是在掺钛蓝宝石晶体晶体周围选用与掺钛蓝宝石晶体折射率接近的热熔树脂掺杂碳粉制成包边材料进行包边处理，包边材料用于吸收掺钛蓝宝石晶体横向自发辐射。
本发明的一种大口径掺钛蓝宝石晶体的包边方法包括以下内容A.选择折射率与掺钛蓝宝石晶体材料折射率接近的热熔树脂材料；B.将选好的热熔树脂材料与碳粉按比例混合，加热到100℃～140℃制成组合物；C.掺钛蓝宝石晶体用金属腔体包覆固定，将掺钛蓝宝石晶体周围需要包边部分的空间密闭住，形成环行的腔体，留有灌注口；D.将包覆固定好的掺钛蓝宝石晶体整体加热到100℃～140℃；E.将加热到100℃～140℃左右的热熔树脂和碳粉组合物从灌注口灌注到整体加热中的金属腔体中，继续加热使温度在100℃～140℃范围内保持1～2小时，冷却，进行后处理。热熔树脂和碳粉的质量比为(70～80)∶1。
将热熔树脂包边材料覆盖在晶体周围，当横向自发辐射产生到达晶体周围时就将折射入包边内并被碳粉吸收这样就将横向自发辐射消耗在了包边材料内，而不会反射回晶体内部消耗上能级反转粒子。包边材料被密闭在环行腔体结构内向外与大气隔离，向内与与掺钛蓝宝石晶体通光面隔离。通过这样一种金属腔体结构可以对盛装其内部的包边材料进行加热。
热熔树脂和碳粉，将这两种材料混合制成的包边材料依然保持热熔树脂的物理性质，折射率与掺钛蓝宝石晶体匹配，在常温下为固体，加热到120度后融化为液体，由于晶体周围做了粗糙化处理，因此只有当包边材料以液体形式到达晶体周围时才能与晶体紧密结合起来，也只有这样包边材料才能发挥作用。
根据掺钛蓝宝石晶体的尺寸大小而制作的金属腔体有盛装密封的作用，它将掺钛蓝宝石晶体周围需要包边的部分密闭住，形成一个环行的腔体盛装包边材料，这样就可以将包边材料加热到液态后直接灌注到掺钛蓝宝石晶体周围，使操作大大简化，保护掺钛蓝宝石晶体通光面不受包边材料污染，保护材料本身不受外界污染。
对掺钛蓝宝石晶体封装后，灌注包边材料，此时灌注物温度为120度，材料在重力作用下向金属腔体底部运动时在加热了包边材料的同时也要将安装了金属腔体的掺钛蓝宝石晶体整体浸入油中加热，并保持在120度，目的是要使材料在腔体内部保持一定时间的液态，有利于材料填满腔体空间并且将内部的气泡排出。
采用本发明的大口径掺钛蓝宝石晶体的包边方法，降低了ASE效应对激光放大的影响，使掺钛蓝宝石晶体固体激光装置的峰值功率得到改善。
具体实施方法实施例1用天平称取热融树脂Meltmount 400克，碳粉5.5克。
本发明的大口径掺钛蓝宝石晶体的包边过程是这样进行的将掺钛蓝宝石晶体安装进金属腔体中，并且在两个通光面上安装密封板，整体油浴加热至120℃并保持这一温度；同时将热熔树脂在另外一烧杯中加热120℃并保持温度，等到热熔树脂融化为液态，将5.5克碳粉混入其中并且搅拌均匀；用滴管将组合物从金属腔体的灌注口滴入腔体内直到填满腔体空间。保持金属腔体温度处于120℃两个小时，金属腔体内气泡基本释放完毕；自然冷却后材料凝固在晶体周围，包边完成。只取下装在晶体通光面上的密封板后就可以直接装入放大器使用。
经实验验证，在未对掺钛蓝宝石晶体进行包边前，当泵谱光达到35焦耳以上时，由于横向自激辐射放大效应，激光放大效率急剧降低。而包边后，泵谱光能量可以达到50焦耳，而此时放大效率仍然正常，极大地提高了激光器输出能量。
实施例2用天平称取热融树脂410克，碳粉5.3克。按实施例1的步骤操作，包边后实验验证得到的效果相同。
以上实施例实验采用的热熔树脂为美国Cargille实验室出品的Meltmountl.704，常温下折射率为1.704。也可采用其它厂家生产的性能类似的热熔树脂材料。
权利要求
1.一种大口径掺钛蓝宝石晶体的包边方法，其特征在于包括以下内容A.选择折射率与掺钛蓝宝石晶体材料折射率接近的热熔树脂材料；B.将选好的热熔树脂材料与碳粉按比例混合，加热到100℃～140℃制成组合物；C.掺钛蓝宝石晶体用金属腔体包覆固定，将掺钛蓝宝石晶体周围需要包边部分的空间密闭住，形成环行的腔体，留有灌注口；D.将包覆固定好的掺钛蓝宝石晶体整体加热到100℃～140℃；E.将加热到100℃～140℃左右的热熔树脂和碳粉组合物从灌注口灌注到整体加热中的金属腔体中，继续加热使温度在100℃～140℃范围内保持1～2小时，冷却，进行后处理。
2.根据权利要求1所述的大口径掺钛蓝宝石晶体的包边方法，其特征在于所述的热熔树脂和碳粉的质量比为(70～80)∶1。
全文摘要
本发明提供了一种适用于应用啁啾脉冲放大技术的高功率超短脉冲激光装置的大口径掺钛蓝宝石晶体的包边方法。本发明的包边方法包括热熔树脂材料的选择、包边材料活性热熔树脂与定量碳粉组合物的制备、晶体用金属腔体包覆固定、包覆材料加热、金属腔体灌注组合物。采用本发明的大口径掺钛蓝宝石晶体的包边方法，降低了ASE效应对激光放大的影响，使掺钛蓝宝石晶体固体激光装置的峰值功率得到改善。
文档编号H01S3/16GK1713466SQ20051002066
公开日2005年12月28日 申请日期2005年3月31日 优先权日2005年3月31日
发明者彭翰生, 郭仪, 张小民, 朱启华, 魏晓峰, 黄小军, 王晓东, 刘兰琴, 曾小明, 王逍, 徐冰 申请人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心