石榴石系列晶体的生长与键合技术研究开题报告

1. 研究目的与意义

薄片激光器在高功率下运行时，薄片激光工作物质由于受热会产生热透镜效应，严重时发生形变，从而影响激光的输出功率和光束质量。将薄片激光工作物质通过键合技术制备成复合晶体，可以有效的减小热透镜效应。yb:yag晶体不存在激发态吸收，上转换，可实现高掺杂浓度，量子效率高，荧光寿命长，是理想的高功率激光器增益介质。采用热键合的方法制备yb:yag/yag复合晶体可以有效的解决激光器的热效应问题。

yb³ 离子的能级结构比较简单 ,一些对激光性能不利的因素 ,如激发态吸收、交叉驰豫 、上转换等过程均不存在. 量子缺陷低,这将导致大的本征激光斜率效率,降低了材料中的热负荷，荧光寿命长, 有利于储能. 另外yb³ 离子吸收带在 0. 9 ～ 1. 1 μm 波长范围 ,吸收线宽 ,能与 ingaas ld泵浦源有效耦合而无需严格的温度控制,这有利于实现半导体泵浦的高效、高功率、集成化的全固态激光器。

yag全名为钇铝石榴石，化学式为y₃al₅o_12，yag晶体具有良好的力学和化学稳定性、高的热导率,良好的机械性能，成为激光晶体的优选基质。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

（1）（1）了解石榴石晶体的结构特征，提拉法的生长工艺流程，复合晶体的优点及复合晶体的各种制备方法，进行比较归纳环节要素。

（2）根据掌握的提拉法的生长工艺来生长高质量yb:yag晶体

3. 研究的方法与步骤

一 、采用中频感应提拉法生长高质量yb:yag晶体。

将晶体经 1600 ℃（空气气氛），48h退火后，沿111方向切割成 yag 晶片为 10 mm× 15 mm×2 mm，yb：yag 晶片为 10 mm×14 mm×3.5 mm，两晶片双面经严格的机械抛光，达到光洁度 10/5，平面度 nλ/10（λ=632.8 nm），平行度小于 10″。选用 h₂so₄∶h₂o₂ 体积比为 1∶ 1混合作为抛光液再对其进行化学抛光，使其表面达到高的光洁度和平面度 ， 经原子力测试在 10μm 的范围内平均粗糙度（rms）达到了0.3536nm。 将完成表面处理的样品放于去离子水中进行超声波清洗以 去除晶片表面残留的抛光液。

4. 参考文献

[1] 吕静姝，闫平，巩马理，等.热键合技术及其在激光方面的应用[j].光学技术，2002，28(4):355-359.

[2] 王静雅，王晓丹，赵志伟，等.yb:y₃al₅o₁₂/y₃al₅o₁₂复合晶体的制作和光谱性能[j].光学学报，2008，(02):11-13.

5. 计划与进度安排

1．2022-12-09～2022-03-01 学生与指导老师见面，根据指导老师的建议查阅文献资料；

2．2022-03-02～2022-03-08 开学后，向指导老师汇报情况，并根据任务书写出开题报告；

3．2022-03-09～2022-05-17学生根据调研资料和指导老师要求进行实验，并进行数据分析，及时与教师交流实验进展，及时解决出现的问题；