本发明涉及一种制备方法，尤其是双包层环形波导激光晶体的制备方法。
背景技术：
高功率全固态固体激光器在工业加工、国防、科研等领域有着重要的应用。随着应用的发展，高功率固体激光器不断向着更高功率、更高效率、更高光束质量、更小体积、更紧凑结构方向发展。但随着输出功率的增高，固体激光增益介质内部热效应严重制约了转换效率的提高、破坏了光束质量，不得不加装庞大而复杂的散热系统，使得激光器体积庞大、结构趋于复杂。为了解决增益介质热效应，提高激光器件输出功率水平，高功率固体激光器已先后发展出了棒状固体激光器、板条状固体激光器、盘片状固体激光器以及光纤激光器，棒状固体激光器和传统的板条固体激光器由于增益介质在三维方向上尺寸均较大，无法完全有效的解决热效应问题，因此输出功率水平仍有限，目前单块板条最高输出功率为5kw左右；盘片状固体激光器，增益介质厚度很薄，很好的解决的散热和增益介质温度均匀性问题，但封装复杂，热沉焊接困难，单块盘片尺寸受限，目前单盘片最大输出功率也为5kw左右；双包层光纤激光器，由于具有良好的散热能力，光束传输被很好的限制在了增益介质内部，拥有极佳的光束质量，可以实现较高功率水平的高光束质量激光输出，但由于光纤芯径较小，基质材料为玻璃，抗光损伤阈值低，单纤输出功率有限，输出功率存在瓶颈。
技术人员开发了一种二维平面波导板条高功率固体激光器，即将掺镱钇铝石榴石(yb:yag)激光晶体、不掺杂yag晶体和蓝宝石晶体，但二维平面波导板条结构固体激光器件也存在着严重的技术瓶颈：一是板条增益介质厚度很薄，宽度很大，光束为典型的大纵横比光束，光束的传输和矫正困难，功率密度高，自发辐射放大效应严重，存在着严重的边缘效应；二是制作工艺复杂，双包层平面波导结构板条难于获取。解决这些技术缺陷，可以从两个方面来考虑：一方面是改变现有结构，使之成为环形结构，消除边缘效应；另一方面是解决平面波导结构板条制备工艺难题，降低制备工艺难度，实现低成本、高可靠制备。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种双包层环形波导激光晶体的制备方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种双包层环形波导激光晶体的制备方法，步骤包括：
(1)采用提拉法生长的yag晶体、yb:yag晶体和泡生法生长的蓝宝石晶体为初始原料，从蓝宝石晶体毛坯上选切外径为10-40mm和25-50mm、长度为50-60mm的晶体棒，从yag晶体毛坯上分别选取外径为15-50mm和20-50mm，长度为50-60mm的yag晶体棒，从yb:yag晶体毛坯上选取直径为20-50mm，长度为50-60mm的yb:yag晶体棒；
(2)利用机械加工方法，将直径10-40mm的蓝宝石晶体棒加工成外径为10-40mm、内径为5-30mm，外表面锥度为1:200-500的圆筒，采用古典机械抛光方法对内、外表面进行光学精密抛光处理，外表面粗糙度为0.5nm，光洁度为10-5级；再将直径15-50mm的yag晶体棒加工成内径为10-40mm、外径为15-50mm，内表面锥度为1:200-500的晶体棒，内表面粗糙度为0.5nm，光洁度为10-5级；
(3)将两支晶体筒放于80-90％浓硫酸洗液中浸泡24h，然后取出用去离子水冲洗干净，并用无水乙醇脱水后，将蓝宝石晶体筒插入到yag晶体筒中，通过旋转调整，将二者光胶在一起；
(4)然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1300-1600℃的温度下，恒温20-40h；
(5)降至室温后，取出蓝宝石/yag复合晶体筒，将蓝宝石/yag复合晶体圆筒的外层即yag层均匀减薄至厚度为0.5-1mm，并将外表面抛光至粗糙度为0.5-0.7nm、光洁度为10-5级，锥度为1:200-500；同时，将直径为20-50mm的yb:yag晶体棒加工成内径为15-40mm、外径为20-50mm的晶体圆筒，内表面进行精密抛光处理，粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，内表面锥度为1:200-500；
(6)采用80-90％浓硫酸洗液浸泡复合晶体筒和yb:yag晶体筒24-48h，用去离子水冲洗干净后，将蓝宝石/yag复合晶体筒插入到yb:yag晶体筒中，将二者光胶在一起；然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1300-1600℃的温度下，恒温20-40h；
(7)降至室温后，取出蓝宝石/yag/yb:yag复合晶体筒，将蓝宝石/yag/yb:yag复合晶体圆筒的外层(yb:yag层)均匀减薄至厚度为50-300微米，并将外表面抛光至粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，锥度为1:200-500；同时，将直径为20-50mm的yag晶体棒加工成内径为15-40mm、外径为20-50mm的晶体圆筒，内表面进行精密抛光处理，粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，内表面锥度为1:200-500；
(8)采用80-90％浓硫酸洗液浸泡复合晶体筒和yag晶体筒24-48h，用去离子水冲洗干净后，将蓝宝石/yag/yb:yag复合晶体筒插入到yag晶体筒中，将二者光胶在一起；然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1300-1600℃的温度下，恒温20-40h；
(9)降至室温后，取出蓝宝石/yag/yb:yag/yag复合晶体筒，将蓝宝石/yag/yb:yag/yag复合晶体圆筒的外层即yag层均匀减薄至厚度为0.5-1mm，并外表面抛光至粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，锥度为1:200-500；同时，将直径为25-50mm的蓝宝石晶体棒加工成内径为15-40mm、外径为25-50mm的晶体圆筒，内表面进行精密抛光处理，粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，内表面锥度为1:200-500；
(10)采用80-90％浓硫酸洗液浸泡复合晶体筒和蓝宝石晶体筒24-48h，用去离子水冲洗干净后，将蓝宝石/yag/yb:yag/yag复合晶体筒插入到蓝宝石晶体筒中，将二者光胶在一起；然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1300-1600℃的温度下，恒温20-40h；
(11)降至室温后，取出蓝宝石/yag/yb:yag/yag/蓝宝石复合晶体筒，放入大气高温炉中，在1400-1500℃的温度下退火24h；取出晶体后，对复合晶体圆柱筒的内、外层蓝宝石晶体筒进行减薄和表面加工处理，减薄至厚度为2-3mm，并将内外表面抛光至表面粗糙度小于1nm、光洁度优于10-5级水平；然后对复合晶体圆筒的两端进行研磨和抛光处理，加工至长度为50mm，且端面平面度优于λ/4@633nm、光洁度不低于20-10级、粗糙度小于1nm的水平，两端面平行度小于10秒，端面对侧面垂直度小于5分的水平。
本发明的有益效果：
解决了波导激光晶体由于键合面积大，键合面容易出现散射气泡缺陷，制备困难的难题。利用本发明方法，可以稳定地制备出高质量的环形波导激光晶体。
具体实施方式
下面根据实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1.
设计环形波导激光晶体由5层晶体组成，最内层为厚度为2mm的蓝宝石晶体，次内层厚度为1mm的yag晶体，中间层为厚度50微米的yb:yag晶体，次外层为厚度为1mm的yag晶体，最外层为厚度为2mm的蓝宝石晶体，环形波导激光晶体长度为50mm，内径为10mm。
采用提拉法生长的yag晶体、yb:yag晶体和泡生法生长的蓝宝石晶体为初始原料，从蓝宝石晶体毛坯上选切外径为15mm和28mm、长度为60mm的晶体棒，从yag晶体毛坯上分别选取外径为19mm和24mm，长度为60mm的yag晶体棒，从yb:yag晶体毛坯上选取直径为22mm，长度为60mm的yb:yag晶体棒。
利用机械加工方法，将直径15mm的蓝宝石晶体棒加工成外径为14mm、内径为9mm，外表面锥度为1:500的圆筒，采用古典机械抛光方法对内、外表面进行光学精密抛光处理，外表面粗糙度为0.5nm，光洁度为10-5级。再将直径19mm的yag晶体棒加工成内径为14mm、外径为19mm，内表面锥度为1:500的晶体棒，内表面粗糙度为0.5nm，光洁度为10-5级。将两支晶体筒放于90％浓硫酸洗液中浸泡24h，然后取出用去离子水冲洗干净，并用无水乙醇脱水后，将蓝宝石晶体筒插入到yag晶体筒中，通过旋转调整，将二者光胶在一起。然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1600℃的温度下，恒温20h。
降至室温后，取出蓝宝石/yag复合晶体筒，将蓝宝石/yag复合晶体圆筒的外层(yag)层均匀减薄至厚度为1mm，并将外表面抛光至粗糙度为0.7nm、光洁度为10-5级，锥度为1:500。同时，将直径为22mm的yb:yag晶体棒加工成内径为16mm、外径为22mm的晶体圆筒，内表面进行精密抛光处理，粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，内表面锥度为1:500。采用90％浓硫酸洗液浸泡复合晶体筒和yb:yag晶体筒24h，用去离子水冲洗干净后，将蓝宝石/yag复合晶体筒插入到yb:yag晶体筒中，将二者光胶在一起。然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1600℃的温度下，恒温20h。
降至室温后，取出蓝宝石/yag/yb:yag复合晶体筒，将蓝宝石/yag/yb:yag复合晶体圆筒的外层(yb:yag层)均匀减薄至厚度为50微米，并将外表面抛光至粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，锥度为1:500。同时，将直径为24mm的yag晶体棒加工成内径为16.1mm、外径为24mm的晶体圆筒，内表面进行精密抛光处理，粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，内表面锥度为1:500。采用90％浓硫酸洗液浸泡复合晶体筒和yag晶体筒24h，用去离子水冲洗干净后，将蓝宝石/yag/yb:yag复合晶体筒插入到yag晶体筒中，将二者光胶在一起。然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1600℃的温度下，恒温20h。
降至室温后，取出蓝宝石/yag/yb:yag/yag复合晶体筒，将蓝宝石/yag/yb:yag/yag复合晶体圆筒的外层(yag层)均匀减薄至厚度为1mm，并外表面抛光至粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，锥度为1:500。同时，将直径为28mm的蓝宝石晶体棒加工成内径为18.1mm、外径为28mm的晶体圆筒，内表面进行精密抛光处理，粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，内表面锥度为1:500。采用90％浓硫酸洗液浸泡复合晶体筒和蓝宝石晶体筒24h，用去离子水冲洗干净后，将蓝宝石/yag/yb:yag/yag复合晶体筒插入到蓝宝石晶体筒中，将二者光胶在一起。然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1600℃的温度下，恒温20h。
降至室温后，取出蓝宝石/yag/yb:yag/yag/蓝宝石复合晶体筒，放入大气高温炉中，在1500℃的温度下退火24h。取出晶体后，对复合晶体圆柱筒的内、外层蓝宝石晶体筒进行减薄和表面加工处理，减薄至厚度为2mm，并将内外表面抛光至表面粗糙度小于1nm、光洁度优于10-5级水平。然后对复合晶体圆筒的两端进行研磨和抛光处理，加工至长度为50mm，且端面平面度优于λ/4@633nm、光洁度不低于20-10级、粗糙度小于1nm的水平，两端面平行度小于10秒，端面对侧面垂直度小于5分的水平。由此，可获得设计的yb:yag双包层环形波导激光晶体。
实施例2.
设计环形波导激光晶体由5层晶体组成，最内层为厚度为3mm的蓝宝石晶体，次内层厚度为0.5mm的yag晶体，中间层为厚度300微米的yb:yag晶体，次外层为厚度为0.5mm的yag晶体，最外层为厚度为3mm的蓝宝石晶体，环形波导激光晶体长度为30mm，内径为30mm。
采用提拉法生长的yag晶体、yb:yag晶体和泡生法生长的蓝宝石晶体为初始原料，从蓝宝石晶体毛坯上选切外径为38mm和48mm、长度为50mm的晶体棒，从yag晶体毛坯上分别选取外径为45mm和48mm，长度为50mm的yag晶体棒，从yb:yag晶体毛坯上选取直径为46mm，长度为50mm的yb:yag晶体棒。
利用机械加工方法，将直径38mm的蓝宝石晶体棒加工成外径为36mm、内径为28mm，外表面锥度为1:200的圆筒，采用古典机械抛光方法对内、外表面进行光学精密抛光处理，外表面粗糙度为0.5nm，光洁度为10-5级。再将直径45mm的yag晶体棒加工成内径为36mm、外径为45mm，内表面锥度为1:200的晶体筒，内表面粗糙度为0.5nm，光洁度为10-5级。将两支晶体筒放于80％浓硫酸洗液中浸泡48h，然后取出用去离子水冲洗干净，并用无水乙醇脱水后，将蓝宝石晶体筒插入到yag晶体筒中，通过旋转调整，将二者光胶在一起。然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1300℃的温度下，恒温40h。
降至室温后，取出蓝宝石/yag复合晶体筒，将蓝宝石/yag复合晶体圆筒的外层(yag)层均匀减薄至厚度为0.5mm，并将外表面抛光至粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，锥度为1:200。同时，将直径为46mm的yb:yag晶体棒加工成内径为37mm、外径为46mm的晶体圆筒，内表面进行精密抛光处理，粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，内表面锥度为1:200。采用80％浓硫酸洗液浸泡复合晶体筒和yb:yag晶体筒48h，用去离子水冲洗干净后，将蓝宝石/yag复合晶体筒插入到yb:yag晶体筒中，将二者光胶在一起。然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1300℃的温度下，恒温40h。
降至室温后，取出蓝宝石/yag/yb:yag复合晶体筒，将蓝宝石/yag/yb:yag复合晶体圆筒的外层(yb:yag层)均匀减薄至厚度为300微米，并将外表面抛光至粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，锥度为1:200。同时，将直径为48mm的yag晶体棒加工成内径为37.6mm、外径为48mm的晶体圆筒，内表面进行精密抛光处理，粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，内表面锥度为1:500。采用80％浓硫酸洗液浸泡复合晶体筒和yag晶体筒48h，用去离子水冲洗干净后，将蓝宝石/yag/yb:yag复合晶体筒插入到yag晶体筒中，将二者光胶在一起。然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1300℃的温度下，恒温40h。
降至室温后，取出蓝宝石/yag/yb:yag/yag复合晶体筒，将蓝宝石/yag/yb:yag/yag复合晶体圆筒的外层(yag层)均匀减薄至厚度为0.5mm，并外表面抛光至粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，锥度为1:200。同时，将直径为48mm的蓝宝石晶体棒加工成内径为38.6mm、外径为48mm的晶体圆筒，内表面进行精密抛光处理，粗糙度为0.5nm、光洁度为10-5级，内表面锥度为1:200。采用80％浓硫酸洗液浸泡复合晶体筒和蓝宝石晶体筒48h，用去离子水冲洗干净后，将蓝宝石/yag/yb:yag/yag复合晶体筒插入到蓝宝石晶体筒中，将二者光胶在一起。然后将光胶在一起的复合晶体圆筒竖直放于石墨模具中，圆柱筒内外填入粒径为0.5mm的高纯氧化铝陶瓷球，没过晶体上端20mm，压上压板后，装入真空炉的石墨坩埚中，在石墨模具压板上方施加50kg的重物块，在5×10-3pa真空环境中、1300℃的温度下，恒温40h。
降至室温后，取出蓝宝石/yag/yb:yag/yag/蓝宝石复合晶体筒，放入大气高温炉中，在1400℃的温度下退火24h。取出晶体后，对复合晶体圆柱筒的内、外层蓝宝石晶体筒进行减薄和表面加工处理，减薄至厚度为3mm，并将内外表面抛光至表面粗糙度小于1nm、光洁度优于10-5级水平。然后对复合晶体圆筒的两端进行研磨和抛光处理，加工至长度为30mm，且端面平面度优于λ/4@633nm、光洁度不低于20-10级、粗糙度小于1nm的水平，两端面平行度小于10秒，端面对侧面垂直度小于5分的水平。由此，可获得设计的yb:yag双包层环形波导激光晶体。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。