專利名稱：一種用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著激光技術(shù)的日趨成熟，激光技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)應(yīng)用中，不斷發(fā)展的激光技術(shù)有很多的分支發(fā)展方向，其中一個(gè)方向是向小巧化、集成度高的方向發(fā)展。復(fù)合晶體是激光器小型化的一項(xiàng)重要成果。它是將激光晶體和倍頻晶體通過化學(xué)方法集成在同一個(gè)晶體上，從而減小整個(gè)激光器的體積。一般來說，復(fù)合晶體是通過用不同的摻雜方案對同一基質(zhì)晶體的進(jìn)行摻雜，從而形成由激光晶體區(qū)域和非線性晶體區(qū)域組成的復(fù)合晶體。這種復(fù)合晶體能夠?qū)崿F(xiàn)激光系統(tǒng)集成化和小型化，但是，眾所周知，激光晶體和非線性晶體的最佳工作環(huán)境是不同的，而現(xiàn)有的復(fù)合晶體中，激光晶體區(qū)域和非線性晶體區(qū)域只能工作在同一環(huán)境(共走環(huán)境)下，這樣會導(dǎo)致激光系統(tǒng)的工作光光轉(zhuǎn)換效率低下。一般來說，激光晶體的最佳工作溫度在20°左右，而倍頻晶體的最佳工作溫度一般在50°左右，而現(xiàn)有的復(fù)合晶體中，倍頻晶體與激光晶體工作在相同溫度下，其光光轉(zhuǎn)換效率不到最佳效率的5%。因此，當(dāng)前迫切需要一種既能夠滿足激光系統(tǒng)小型化要求，又能夠保證整個(gè)激光系統(tǒng)的工作效率的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種既滿足小型化要求，又能夠保證整個(gè)激光系統(tǒng)的工作效率的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種工作環(huán)境優(yōu)化的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合晶體，所述復(fù)合晶體包括激光晶體區(qū)域、非線性晶體區(qū)域以及位于所述激光晶體區(qū)域和 非線性晶體區(qū)域之間的隔離區(qū)。其中，所述激光晶體區(qū)域和非線性晶體區(qū)域之間的隔離區(qū)是未摻雜的基質(zhì)晶體區(qū)域。其中，所述工作環(huán)境優(yōu)化的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)還包括第一工作環(huán)境提供裝置和第二工作環(huán)境提供裝置，所述第一工作環(huán)境提供裝置為所述激光晶體區(qū)域提供工作環(huán)境，所述第二工作環(huán)境提供裝置為所述非線性晶體區(qū)域提供工作環(huán)境。其中，所述第一工作環(huán)境提供裝置為控溫裝置，所述第二工作環(huán)境提供裝置也為控溫裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果本發(fā)明能夠使復(fù)合晶體中的激光晶體區(qū)域和非線性晶體區(qū)域都在最佳狀態(tài)下工作，從而在實(shí)現(xiàn)小型化的前提下，提高激光器的工作效率。


圖I示出 了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)；圖2示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步地描述。圖I示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，該復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)包括復(fù)合晶體1，它由激光晶體區(qū)域11、基質(zhì)晶體區(qū)域12和非線性晶體區(qū)域13構(gòu)成。在一個(gè)具體實(shí)例中，基質(zhì)晶體可選用釩酸釔(其化學(xué)式為YVO4),激光晶體為摻雜釹離子(Nd3+)的釩酸釔，摻雜濃度2.5%，采用籽晶生長工藝生成。隔離層(即隔離區(qū))則采用無摻雜的釩酸釔(即基質(zhì)材料)。非線性晶體可以是倍頻晶體，采用磷酸氧鈦鉀(即KTP，化學(xué)式KTiOPO4)0其中，激光晶體長度為10mm，隔離層厚度為5mm，非線性晶體長度為5mm。采用粘接工藝將所述激光晶體、隔離層和非線性晶體制成一個(gè)復(fù)合晶體，其總長度為20mm。復(fù)合晶體可以用一個(gè)完整的基質(zhì)晶體，通過精確控制釹離子的摻雜深度形成摻雜區(qū)和非摻雜區(qū)從而實(shí)現(xiàn)激光晶體和隔離層，然后再與單獨(dú)制備的非線性晶體粘結(jié)得到。當(dāng)然，也可以先分別制備激光晶體、隔離層和非線性晶體三個(gè)部分然后再將三者粘結(jié)，得到復(fù)合晶體。關(guān)于粘接工藝，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用厚度為20 μ m的紫外膠通過高壓真空裝置將釩酸釔晶體和磷酸氧鈦鉀晶體快速粘接，并靜置12小時(shí)。由于紫外膠為高透過率膠，因此不會影響光光效率。其中，隔離層直接采用基質(zhì)材料，由于基質(zhì)材料中不含有能夠產(chǎn)生激光的摻雜離子，所以不會產(chǎn)生電子躍遷，因此不會產(chǎn)生熱量，起到溫度隔離的作用。另外，隔離層顯然也起到了將激光晶體和非線性晶體空間隔離的作用。所以，隔離層避免了激光晶體和非線性晶體之間的相互干擾，為二者均采用各自的最佳工作條件提供了條件。圖2示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，它包括復(fù)合晶體I、第一工作環(huán)境提供裝置2和第二工作環(huán)境提供裝置3。其中，復(fù)合晶體I由激光晶體區(qū)域11、基質(zhì)晶體區(qū)域12和非線性晶體區(qū)域13構(gòu)成，復(fù)合晶體可由同一個(gè)裝置夾持，不同晶體區(qū)域下方的控溫裝置根據(jù)需要采用不同的裝置。一般情況下，激光晶體區(qū)域在溫度為18° 20°之間可以工作在效率最高點(diǎn)。本實(shí)施例中，第一工作環(huán)境提供裝置2為激光晶體區(qū)域11提供工作環(huán)境，它可以采用水冷或者電學(xué)制冷裝置實(shí)現(xiàn)。第二工作環(huán)境提供裝置3為非線性晶體區(qū)域13提供工作環(huán)境。非線性晶體工作方式分為兩種一種臨界相位匹配，另一種是非臨界相位匹配。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第二工作環(huán)境提供裝置可以用溫度調(diào)整非線性晶體區(qū)域的匹配角度，實(shí)現(xiàn)臨界相位匹配或者非臨界相位匹配，從而達(dá)到最佳工作效率。同時(shí)第二工作環(huán)境提供裝置還提供(高溫防護(hù))24小時(shí)不間斷高溫防護(hù)或者惰性氣體保護(hù)，以避免非線性晶體膜層潮解，保證激光系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。在實(shí)際測試中，調(diào)整第一工作環(huán)境提供裝置和第二工作環(huán)境提供裝置，使復(fù)合晶體中，激光晶體區(qū)域(釩酸釔摻雜釹離子的區(qū)域)的工作溫度為18°，倍頻晶體區(qū)域(即非線性晶體區(qū)域，磷酸氧鈦鉀區(qū)域)的工作溫度為38° 40°，然后利用808nm波長、泵浦功率30W的泵浦光泵浦復(fù)合晶體，最終輸出的綠光功率達(dá)到9. 14W。在其它實(shí)例中，基質(zhì)晶體也可以是YAG (釔鋁石榴石，化學(xué)式為Y3Al5O12)晶體，倍頻晶體仍選用KTP晶體，整個(gè)復(fù)合晶體由釹離子摻雜YAG區(qū)域、無摻雜YAG區(qū)域以及KTP區(qū)域構(gòu)成。其中，YAG晶體和KTP晶體和通過高壓真空裝置粘結(jié)形成一個(gè)整體。另外，上述實(shí)施例中，復(fù)合晶體的隔離區(qū)采用非摻雜基質(zhì)晶體材料，由于與激光晶體采用了相同的基質(zhì)，因此損耗較小，有利于提高激光系統(tǒng)的光光轉(zhuǎn)換效率。但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解，在其它實(shí)施例中，復(fù)合晶體的隔離區(qū)也可以采用除了非摻雜基質(zhì)晶體以外的其它透明隔熱材料。最后，上述的實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明，它不應(yīng)該理解為是對本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。而且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以明白，在不脫離上述實(shí)施例精神和原理下，對上述實(shí)施例所進(jìn)行的各種等效變化、變型以及在文中沒有描述的各種改進(jìn)均在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)?！?br> 權(quán)利要求
1.一種用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合晶體，所述復(fù)合晶體包括激光晶體區(qū)域、非線性晶體區(qū)域以及位于所述激光晶體區(qū)域和非線性晶體區(qū)域之間的隔離區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述激光晶體區(qū)域通過對基質(zhì)晶體進(jìn)行摻雜得到，所述激光晶體區(qū)域和非線性晶體區(qū)域之間的隔離區(qū)是未慘雜的基質(zhì)晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復(fù)合晶體由基質(zhì)晶體和非線性晶體通過粘結(jié)得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述粘結(jié)采用紫外膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)還包括第一工作環(huán)境提供裝置和第二工作環(huán)境提供裝置，所述第一工作環(huán)境提供裝置為所述激光晶體區(qū)域提供工作環(huán)境，所述第二工作環(huán)境提供裝置為所述非線性晶體區(qū)域提供工作環(huán)境。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一工作環(huán)境提供裝置用于控制溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二工作環(huán)境提供裝置用于控制溫度以調(diào)整所述非線性晶體區(qū)域的匹配角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二工作環(huán)境提供裝置還用于提供高溫防護(hù)或者惰性氣體保護(hù)以避免所述非線性晶體區(qū)域的膜層潮解。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基質(zhì)晶體為釩酸釔或者釔鋁石榴石，所述非線性晶體為磷酸氧鈦鉀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于激光系統(tǒng)的復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合晶體，所述復(fù)合晶體包括激光晶體區(qū)域、非線性晶體區(qū)域以及位于所述激光晶體區(qū)域和非線性晶體區(qū)域之間的隔離區(qū)。本發(fā)明能夠使復(fù)合晶體中的激光晶體區(qū)域和非線性晶體區(qū)域都在最佳狀態(tài)下工作，從而在實(shí)現(xiàn)小型化的前提下，提高激光器的工作效率。
文檔編號H01S3/16GK102916334SQ201210393320
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者張晶, 樊仲維, 牛崗, 張國新, 侯立群 申請人:北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司