一种板条激光增益介质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种板条激光增益介质及其制备方法。本发明专利技术的板条激光增益介质包括：复合区，及分别位于复合区左右两端的两个非掺杂区；复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；非掺杂区及非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；上掺杂层和下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，在上掺杂层和下掺杂层中激活离子具有多种掺杂浓度。借助于本发明专利技术的技术方案，可以实现板条激光增益介质工作时产生的废热通过最短的路径排出，从而保证了整个板条激光增益介质具有较高热负荷特性，同时维持了板条足够的刚性，利于光学精密加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全固态激光器领域，特别涉及一种板条激光增益介质及其制备方法。
技术介绍
常用的固体激光增益介质有三种结构：棒状结构、片状结构、及板条结构。光束在板条结构的增益介质中以“之”字形传输，可以补偿由于温度梯度所造成的波前畸变和偏振特性变化，有利于提高输出功率，有利于获得良好的光束质量。目前采用板条结构增益介质的固体激光器在连续运转或脉冲运转等方面，都得到了广泛应用在理想情况下，“之”字型光路的板条状增益介质激光器输出激光光束几乎不受热畸变的影响。但在实际研制的板条固体激光器中，由于复杂的工艺要求，难以实现完全的一维温度场，因此在实际工作中不存在理想的绝热。此外，由于端面效应及侧面的边缘效应等问题，一般情况下板条状增益介质激光器的工作状态与理想状况还有很大的偏离。目前固体激光技术都是采用均匀掺杂激光材料，在板条激光增益介质端头键合不掺杂的基质晶体，通过调整泵浦分布和散热结构来实现增益分布与热管理的平衡，从而消除端面的热效应。但是新一代激光武器、光电对抗装备、光电探测等军事应用对各类固体激光器提出了更高功率、更高光束质量、更高效率、更小体积的迫切要求，需要更有效的增益材质提高泵浦光注入功率，将激光晶体与泵浦源和冷却热沉等激光器元件融合，发展出结构紧凑、光束质量优异的固体激光器。
技术实现思路
为了满足对固体激光器更高功率、更高光束质量、更高效率、更小体积的需求，提供提高泵浦光注入功率，本专利技术提供了一种板条激光增益介质及其制备方法。本专利技术提供的板条激光增益介质，包括：复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；所述非掺杂区及所述非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；所述上掺杂层和所述下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，在所述上掺杂层和所述下掺杂层中所述激活离子具有多种掺杂浓度。本专利技术提供了一种板条激光增益介质的制备方法，当所述基质材料为激光晶体时，包括以下步骤：将若干个掺杂单晶板的端面进行键合，得到激活离子具有多种掺杂浓度的单晶板；其中，所述掺杂单晶板为掺杂有激活离子的激光晶体；将所述具有多种掺杂浓度的单晶板进行切割和抛光，分别得到上掺杂层和下掺杂层；选择第一非掺杂单晶板，将所述上掺杂层的水平面与所述第一非掺杂单晶板的水平面进行键合；将所述第一非掺杂单晶板非键合的水平面进行减薄后精抛光，并与所述下掺杂层的水平面进行键合，得到复合区，将复合区的两端进行抛光；选择两个第二非掺杂单晶板，将两个所述第二非掺杂单晶板分别与所述复合区的左右两端进行端面键合，并进行抛光和切割。本专利技术还提供了一种板条激光增益介质的制备方法，当所述基质材料为激光陶瓷时，包括以下步骤：选择若干个非掺杂陶瓷坯料、及若干个掺杂陶瓷坯料；将若干个所述非掺杂陶瓷坯料和掺杂陶瓷坯料按照权利要求1～5任一项所述的板条激光增益介质的结构压合在一起，进行烧结成型后，切割、减薄和精抛光。本专利技术的有益效果如下：本专利技术实施例设计了一种板条激光增益介质的复合结构，上掺杂层和下掺杂层为掺杂区，掺杂区集中在板条激光增益介质的表面，且上掺杂层和下掺杂层中所述激活离子具有多种掺杂浓度，这种多种掺杂浓度区的板条激光增益介质不仅可以大大提高泵浦吸收效率，还可以实现板条激光增益介质工作时产生的废热通过最短的路径排出，从而保证了整个板条激光增益介质具有较高热负荷特性，同时维持了板条足够的刚性，利于光学精密加工。另外，由于板条具有中心不掺杂区，因此通光孔径要比超薄板条大，有利于短脉冲激光运转。附图说明图1是本专利技术装置实施例的板条激光增益介质的纵剖图；图2是本专利技术方法实施例的一种板条激光增益介质的制备方法的流程图；图3是本专利技术方法实施例的另一种板条激光增益介质的制备方法的流程图；其中：1、上掺杂层；2、非掺杂层；3、下掺杂层；4、非掺杂区。具体实施方式为了满足对固体激光器更高功率、更高光束质量、更高效率、更小体积的需求，提供提高泵浦光注入功率，本专利技术提供了一种板条激光增益介质及其制备方法，以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。根据本专利技术的装置实施例，提供了一种板条激光增益介质，图1是本专利技术装置实施例的板条激光增益介质的纵剖图；如图1所示，根据本专利技术装置实施例的板条激光增益介质，包括：复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；所述非掺杂区及所述非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；所述上掺杂层和所述下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，在所述上掺杂层和所述下掺杂层中所述激活离子具有多种掺杂浓度。具体地，所述板条激光增益介质的纵剖面为梯形或平行四边形的板条状结构，所述板条激光增益介质中所述复合区为立方体结构。所述板条激光增益介质的端头优选采用布氏角切割或45°角切割。具体的，在所述上掺杂层和所述下掺杂层中激活离子的掺杂浓度为连续渐变或区域阶变。目前受限于板条激光增益介质的掺杂技术，区域阶变是最为可行的方案，通过合理设计板条掺杂区的长度、厚度以及掺杂浓度等参数保证泵浦光的充分吸收。本专利技术实施例中所述基质材料优选为激光晶体、激光玻璃或激光陶瓷。本专利技术实施例的多种掺杂浓度区的复合结构板条激光增益介质，其中所述的激活离子优选为Nd，也可以为其他各种类型离子(例如Yb离子、Er离子、Tm离子)以及依需要设计的各种掺杂浓度。本专利技术实施例的多种掺杂浓度区的复合结构板条激光增益介质，其中所述的多种掺杂浓度区的掺杂区的厚度最好小于等于1mm，所述中间不掺杂区的厚度大于等于3mm，优选为3～5mm。本专利技术装置实施例的多种掺杂浓度区的复合结构板条激光增益介质，可以采用传导冷却技术进行冷却，也可以采用冷却液直接冷却，较厚的板条结构在冷却液直接冲刷时不易因震动而变形。本专利技术装置实施例的多种掺杂浓度区的复合结构板条激光增益介质，泵浦耦合设计可以采用端面泵浦，也可以采用大面泵浦。本专利技术装置实施例的多种掺杂浓度区的复合结构板条激光增益介质，该种结构板条掺杂区的掺杂浓度依据所设计板条的长度，掺杂区厚度，以及所需的吸收效率确定。本专利技术装置实施例的多种掺杂浓度区的复合结构板条激光增益介质，可以用在谐振腔中，连续运转，脉冲运转，调Q运转；也可以作为放大器使用，采用行波放大、再生放大以及多程放大各种工作方式放大各种运转方式的激光束。本专利技术装置实施例的多种掺杂浓度区的复合结构板条激光增益介质按照上述尺寸加工成型后配合适当的泵浦耦合技术、冷却技术、谐振腔技术可以实现大于1KW的激光输出。本专利技术的多种掺杂浓度区的复合结构板条激光增益介质可以采用晶体的扩散键合、陶瓷的烧结、玻璃的熔接或薄膜的外延生长等方式来实现。当所述基质材料为激光晶体时，根据本专利技术的方法实施例，提供了一种板条激光增益介质的制备方法，图2是本专利技术方法实施例的一种板条激光增益介质的制备方法的流程图，如图2所示，根据本专利技术方法实施例的板条激光增益介质的制备方法包括如下处理：步骤201，将若干个掺杂单晶板的端面进行键合，得到激活离子具有多种掺杂浓度的单晶板；其中，所述掺杂单晶板为掺杂有激活离子的激光晶体；步骤202，将所述具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种板条激光增益介质，其特征在于，包括：复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；所述非掺杂区及所述非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；所述上掺杂层和所述下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，在所述上掺杂层和所述下掺杂层中所述激活离子具有多种掺杂浓度。

【技术特征摘要】
1.一种板条激光增益介质，其特征在于，包括：复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；所述非掺杂区及所述非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；所述上掺杂层和所述下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，在所述上掺杂层和所述下掺杂层中所述激活离子具有多种掺杂浓度。2.如权利要求1所述的板条激光增益介质，其特征在于，所述板条激光增益介质的纵剖面为梯形或平行四边形的板条状结构；所述板条激光增益介质中的所述复合区为立方体结构。3.如权利要求1所述的板条激光增益介质，其特征在于，在所述上掺杂层和所述下掺杂层中激活离子的掺杂浓度为连续渐变或区域阶变。4.如权利要求1所述的板条激光增益介质，其特征在于，所述上掺杂层和所述下掺杂层的厚度均小于等于1mm，所述非掺杂层的厚度大于等于3mm。5.如权利要求1所述的板条激光增益介质，其特征在于，所述基质材料选取激光晶体、激光玻璃或激光陶瓷中的一种；所述激活离子选取Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm2+中的任意一种。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，唐晓军，陈露，刘洋，赵鸿，王文涛，梁兴波，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11