CR,TM,HO:YAG激光晶体的生长与元件加工性能研究

戴庞达 窦仁勤 王小飞 张琦 周佳佳

摘要：本文对Cr，Tm，Ho：YAG激光晶体的生长，加工和检测进行研究，采用提拉法成功生长出优质的Cr，Tm，Ho：YAG晶体，先进的金刚石单线切割机床实现晶体元件的高精度切割，经过粗磨、精磨等磨抛工艺可实现圆棒晶体元件端面的高精度抛光，通过干涉射仪、消光比测试系统对加工好的晶体元件进行了检测，实验表明面形、波前畸变和消光比都达到优质晶体元件水平。

关键词：Cr，Tm，Ho：YAG;晶体生长;加工;检测

0引言

Cr，Tm，Ho：YAG激光晶体是实现2.1μm波段激光的优异晶体材料，是医学、光通信、激光雷达、军事等方面应用的理想光源[1-4]。目前国内外对Cr，Tm，Ho：YAG激光器的研制作了大量的工作，也取得了较好的成果。基于高平均功率，高重复频率，短脉冲的目标，高质量的Cr，Tm，Ho：YAG激光增益介质和高精度晶体加工是首要解决的关键问题。

1、晶体生长

本文采用提拉法进行Cr，Tm，Ho：YAG激光晶体生长，生长方向为<111>方向，沿此方向有利于大尺寸晶体生长，<111>方向的纯YAG晶体棒作为籽晶。依据Cr3+，Tm3+，Ho3+在YAG晶体中的分凝系数，掺杂离子Cr3+，Tm3+，Ho3+的掺杂浓度分别是0.8at%，5.76 at%，0.36 at%。将高纯的氧化物原料按配比称重，充分混匀压制成型后放入铱坩埚中进行生长，生长气氛为氮气，拉速为1-2 mm/h，转速为5-15 r/min，生长完成后采用缓慢降温程序，避免降温过快导致晶体开裂。生长出的晶体毛坯尺寸为? 55 mm×140 mm。

2、元件加工

毛坯经热退火处理之后，进行元件的切割与加工， Cr，Tm，Ho：YAG晶体毛坯粘结在工作台上，设置切割速度为150-200mm/h，先除去头尾并抛光，观察晶体侧心，核心。晶体切成三芽状，去除晶体侧心和核心，再将晶体切成细长条状。将细长条状晶体元件在晶棒滚圆机上滚圆，双端面经过粗磨、细磨、精抛等工序，加工成圆棒状晶体元件，成品元件尺寸为? 4m×130 mm。

3、加工性能

采用ZygoXXX干涉射仪对经过精加工的圆棒进行表面面形及端面波前畸变检测，采用消光比系统对圆棒进行了消光比测试，测试结果表明晶体棒端面面形精度高，PV值达到0.008λ，波前畸变优于0.15λ，消光比大于35dB。

4、总结

采用提拉法成功生长出了? 55 mm×140 mm Cr，Tm，Ho：YAG晶体，金刚石单线切割机替代传统内圆切割机可实现高精度晶体元件的切割，精加工后的晶体棒端面面形精度高，PV值达到0.008λ，波前畸变优于0.15λ，消光比大于35dB，表明晶体质量好，加工指标优异。

参考文献

[1] B. M. Walsh， Laser Physics， 2009， 19（4）： 855～866.

[2] 吴春婷，鞠有伦，王振国，等. 激光二极管抽运的 Tm，Ho：YLF 单模激光器[J]. 中国激光， 2008， 35（6）： 815～818 .

[3] 林志峰，高明偉，高春清. 激光二极管端面抽运 Tm：YAG 激光器[J]. 中国激光， 2007， 34（2）： 181～185 .

[4] 谢刚，彭跃峰，鲁燕华，等.23.6W 高效率 2μm 激光器[J]. 中国激光， 2007， 34（11）：1488～1491.

项目支持：安徽省中央引导地方科技发展专项-地方科研基础条件和能力建设“环抛检测系统”（编号201907A03050004）

（1. 皖江新兴产业技术发展中心 安徽 铜陵 244000;2. 安徽火天晶体科技有限公司 安徽 铜陵 230009）