专利名称：两端无掺杂激光棒的制备工艺的制作方法
技术领域：
一种两端无掺杂激光棒的单晶生长工艺属于单晶生长技术领域，涉及两端无掺杂激光棒的制备工艺。
背景技术：
激光棒即激光晶体是由激光基质和激活离子组成，激活离子在吸收泵浦光能量后跃迁到激发态能级，在激光能级与基态造成粒子数反转，在外来光激发下，返回基态，同时发射与入射光同位相的激光。因此，激光棒中激活离子是必不可少的物质，也是造成晶体发热的主要原因。随着激光技术的发展，在高功率密度和高脉冲频率使用时，激光棒的散热问题愈来愈严重。在激光棒的端面，由于无法冷却，造成温度不均匀，严重影响了光束质量，也限制了进一步提高激光的输出功率。目前国际上已提出两端无掺杂激光棒的构想，在激光棒的两端粘接一部分没有激活离子的相同基质，利用激光晶体本身良好的热传导性能，使得激光棒的端面得以冷却。
目前，两端无掺杂激光棒的制备方法是粘接方法。具体方法是将有高抛光的掺杂和无掺杂的激光棒在高温下加压，通过热扩散来达到原子级连接。例如，为了解决掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光棒在高功率密度和高脉冲频率使用时的散热问题，在Nd:YAG激光棒的两端分别粘接无掺杂的YAG晶体。这样激光棒的端面可以得到冷却，部分减少了热透镜效应。因此，两端无掺杂激光棒可以提高转换效率，增加激光的输出功率，光束质量也有所改善。
粘接的方法存在以下问题对晶体的光学加工要求异常严格，而且，虽然是高温加压粘接，但是，仅靠高温扩散是难以消除晶体连接处的界面原子排列的杂乱无序状态的，更不用说各种位错，应力等缺陷的存在，使得光束质量难以根本改善。粘接激光棒长期使用会在接缝部位产生变形，不仅影响激光器的光束质量，严重的还会产生分离脱落，降低使用寿命。
发明内容
本发明为了解决上述问题，直接生长两端无掺杂激光棒。所采用的技术方案为将按照常规加工方法定向、切割、滚圆加工好的激光棒，直接在无掺杂的熔体中接晶，等径生长到所需尺寸提出液面，然后倒转激光棒，同样方法生长出另一端。这样生长出晶格完全一致两端为无掺杂的激光棒，然后再根据需要，加工、切割、滚圆达到规定尺寸，两端面经切割、研磨、抛光和镀膜，成为一种可全方位冷却的激光棒。
本发明提供了一种两端无掺杂激光棒的制备工艺，它包括以下步骤(1)、按照常规加工方法加工好激光棒；(2)、将上述激光棒从顶部放入与该激光棒中的激光基质相同介质的熔融液体中，激光棒边缘微熔后，以常规的单晶生长工艺生长出所需长度的无掺杂单晶，得到一端无掺杂的单晶激光棒；(3)、倒转上述一端无掺杂的单晶激光棒重复上述步骤(2)的过程，即可制得两端无掺杂的单晶激光棒。
本发明达到了以下技术效果(1)直接生长两端无掺杂激光棒，在掺杂与无掺杂激光棒间无任何接缝，避免了粘接法产生的各种缺陷，其晶格构造完全相同，物理机械性能整体保持了一致性；(2)本发明解决了激光棒端面不能冷却问题，使激光工作介质达到全方位冷却，提高了冷却效果；(3)由于直接生长两端无掺杂激光棒，在激光棒掺杂部分与无掺杂部分之间无任何接缝，避免了粘接法产生的各种缺陷，改善了激光光束质量，提高了效率，能有效延长激光晶体的使用寿命，增大了激光的平均输出功率和激光脉冲重复频率；(4)晶体性能测试均采用激光晶体领域的常规测试手段，其测试结果见表1，由表1可见本发明已经能满足激光晶体工业应用的要求。
具体实施例方式在实验过程中采用DJ400单晶炉，中频感应加热，铱坩埚盛料，Czochralski(丘克拉斯基)法生长。采用的转速为10～25r.p.m.。实验过程中一般按照实际应用要求采用直径为2～8mm，长度为35～150mm的激光棒进行无掺杂接晶。
1.将φ5×150mm的Nd:YAG激光棒，激光棒中Nd3+离子的浓度为1.1％重量百分比，在1970℃时从顶部放入Y2O3和Al2O3配比为1∶1mol的500g熔体中，在激光棒边缘微熔后，以0.5mm/h的速率提拉，生长1mm后以3mm/h速率提拉，转速为18r.p.m.，等径生长9mm无掺杂的YAG单晶后，倒转激光棒重复上述过程，即可制得两端无掺杂Nd:YAG的单晶激光棒。
2.将φ3×35mm的Nd:GdVO4激光棒，激光棒中Nd3+离子的浓度为1.5％重量百分比，在1870℃时从顶部放入Gd2O3和V2O5配比为1∶1mol的500g熔体中，在激光棒边缘微熔后，以0.6mm/h的速率提拉，生长1mm后以3mm/h速率提拉，转速为18r.p.m.，等径生长20mm无掺杂的GdVO4单晶后，倒转激光棒重复上述过程，即可制得两端无掺杂Nd:GdVO4的单晶激光棒。
3.将φ6×150mm的Yb:YAG激光棒，激光棒中Yb3+离子的浓度为5％重量百分比，在1970℃时从顶部放入Y2O3和Al2O3配比为1∶1mol的500g熔体中，在激光棒边缘微熔后，以0.6mm/h的速率提拉，生长1mm后以3mm/h速率提拉，转速为16r.p.m.，等径生长20mm无掺杂的YAG单晶后，倒转激光棒，中间长度可在倒转生长前切割为5mm，重复上述过程，即可制得两端无掺杂Yb:YAG的单晶激光棒。
表1
权利要求
1.一种两端无掺杂激光棒的制备工艺，其特征在于，它包括以下步骤(1)、按照常规加工方法加工好激光棒；(2)、将上述激光棒从顶部放入与该激光棒中的激光基质相同介质的熔融液体中，激光棒边缘微熔后，以常规的单晶生长工艺生长出所需长度的无掺杂单晶，得到一端无掺杂的单晶激光棒；(3)、倒转上述一端无掺杂的单晶激光棒重复上述步骤(2)的过程，即可制得两端无掺杂的单晶激光棒。
全文摘要
一种两端无掺杂激光棒的单晶生长工艺属于单晶生长技术领域，涉及两端无掺杂激光棒的制备工艺。本发明提供的工艺包括以下步骤常规加工好激光棒；将激光棒从顶部放入与激光基质相同介质的熔融液体中，激光棒边缘微熔后，以常规的单晶生长工艺生长出所需长度的无掺杂单晶；倒转激光棒重复上述过程，即可制得两端无掺杂的单晶激光棒。本发明解决了激光棒端面不能冷却问题，使激光工作介质达到全方位冷却，提高了冷却效果；由于直接生长两端无掺杂激光棒，在激光棒掺杂部分与无掺杂部分之间无任何接缝，避免了粘接法产生的各种缺陷，改善了激光光束质量，提高了效率，能有效延长激光晶体的使用寿命，增大了激光的平均输出功率和激光脉冲重复频率。
文档编号C30B15/00GK1492083SQ0315752
公开日2004年4月28日 申请日期2003年9月24日 优先权日2003年9月24日
发明者臧竞存, 邹玉林, 单秉锐 申请人:北京工业大学