一种应用于铒玻璃和钴尖晶石的高温键合方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于铒玻璃和钴尖晶石的高温键合方法，包括将铒玻璃和钴尖晶石分别进行抛光，然后将二者光胶形成光胶体，确认无缺陷后进行高温键合烧结。本发明专利技术实现了两种不同材料之间分子级别的结合，实现增益介质和Q晶体的熔融键合，减小界面损耗，并且可以有效降低激光器的封装工艺和激光器的封装体积。降低激光器的封装工艺和激光器的封装体积。降低激光器的封装工艺和激光器的封装体积。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于铒玻璃和钴尖晶石的高温键合方法


[0001]本专利技术属于激光晶体键合
，涉及一种应用于铒玻璃和钴尖晶石的高温键合方法。

技术介绍

[0002]人眼安全激光器可以用于激光测距、激光照射、激光雷达、目标识别、激光医疗以及光纤通讯等多种领域，尤其在激光测距与激光雷达领域，产品的更新换代以及普及速度都非常迅速。目前随着激光器技术的进步，激光器越来越小，性能越来越强，使得激光测距机在国防市场上用量也越来越大，用途也越来越广泛。现在已经从单一的单兵手持观测仪扩展到了单兵枪瞄装备、地炮射击指挥系统、靶场光电跟踪仪、经纬仪，以及舰载、机载、坦克、车辆等火炮系统用测距仪。
[0003]为了实现小型化，对激光元器件的封装结构提出了更高的要求，由原来的分离式封装结构改为键合一体封装，所以对铒玻璃和钴尖晶石的键合技术路线是一个新的挑战。铒玻璃和尖晶石都是高温扩散键合的原材料；在激光系统中，铒玻璃是作为增益介质，实现激光转换，而尖晶石则作为被动调Q开关，调节激光脉宽和能量。
[0004]在激光晶体键合
有深化光胶键合技术、低温键合技术、高温键合技术和表面活化键合技术等，不同的键合技术分别适用不同的晶体键合。深化光胶键合技术需要在键合面蒸镀结合层形成增透膜后进行键合，流程复杂，并且在键合面会存在激光损耗，容易出现激光损伤，不利于激光器的长期使用稳定性。低温键合技术虽然不需要在键合面施加结合剂，但是在键合完成后键合面牢固度不够，容易发生开裂现象，同样不利于激光器的长期使用稳定性。在高温键合
，尤其在关于钴尖晶石和饵玻璃、硅酸盐玻璃的键合方面，这些材料之间界面牢固度差和界面容易产生激光损伤是比较主要的技术缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种应用于铒玻璃和钴尖晶石的高温键合方法，这是一种实现键合面无结合剂的键合方式，能够提高键合面的结合强度和降低界面损耗，提高键合面的损伤阈值。本专利技术适用于表面积10
×
10mm以下的铒玻璃和钴尖晶石的晶体键合。
[0006]本专利技术的技术方案如下：一种应用于铒玻璃和钴尖晶石的高温键合方法，具有以下步骤：
[0007]1)、准备铒玻璃和钴尖晶石作为增益介质和Q晶体
；
[0008]2)、将1)中所述增益介质进行抛光，使之达到表面粗糙度Ra<0.3nm，表面面型优于λ/10；
[0009]3)、将1)中所述Q晶体进行抛光，使之达到表面粗糙度Ra<0.4nm，表面面型优于λ/10；
[0010]4)将步骤2)和3)的抛光产品去除抛光残留后，在超净间进行擦拭、光胶形成光胶
体；
[0011]5)将4)中所述光胶体在光胶后检查光胶表面有无气泡或杂质颗粒，确认无缺陷后进行如下的高温键合烧结；
[0012]6)将5)中所述的光胶体放在陶瓷板上，再将上述陶瓷板放入恒温烧结炉，所述恒温烧结炉采用真空气氛；所述陶瓷板是氧化铝陶瓷板；
[0013]7)将6)中所述恒温烧结炉由室温缓慢升温至200℃，速率为35～45℃/h，恒温5h；之后缓慢升温至520
‑
540℃，速率为20～25℃/h，恒温30h；
[0014]8)将7)中所述恒温烧结炉由最高温缓慢降温至室温，降温速率为20～25℃/h；
[0015]9)将8)中所述恒温烧结炉内键合晶体取出。取晶体时穿戴无尘手套。
[0016]其中，所述铒玻璃为Er、Yb共掺杂的磷酸盐或硅酸盐玻璃；所述Q晶体为Co掺杂的尖晶石。
[0017]其中，所述增益介质和Q晶体的表面尺寸为10
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10mm及以下。
[0018]其中，所述增益介质和Q晶体采用超光滑表面抛光技术进行抛光。
[0019]其中，所述步骤4)的抛光产品经超声清洗去除抛光残留。
[0020]其中，所述步骤4)的光胶体光胶表面检测需要在100倍倍率光学显微镜下进行镜检，气泡或杂质颗粒缺陷直径大小需小于1μm。缺陷过大或数量过多将影响键合牢固度或激光性能，边缘位置无明显干涉条纹(出现干涉条纹说明光胶不成功)，键合过程中或键合后容易出现键合面脱开。
[0021]其中，步骤6)所述恒温烧结炉采用真空气氛，真空度达到<1
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10
‑3Pa的时候进行升温。
[0022]将步骤9)所述键合晶体取出后进行测试，所述测试内容包括键合强度拉力测试和切割测试。测试结束后进行端面抛光，然后进行界面损耗测试。界面损耗测试结束后进行晶体镀膜，并且做镀膜后出光能量测试、激光稳定性测试。
[0023]本专利技术采用超光滑抛光技术对铒玻璃和尖晶石进行抛光，产品表面粗糙度达到Ra<0.5nm，与传统抛光相比粗糙度明显提高；采用光学指标
‑
表面面型优于1/10λ，光学表面面型高于一般光学器件光胶标准；本专利技术在光学抛光后对抛光面的清洗，通过不同溶剂的超声清洗，提升了对产品表面抛光残留的清洗效果。
[0024]本专利技术采用的高温烧结工艺，限定了升降温速率和恒温时间，及最高温设定值；设定升降温速率能够防止因升温过快而导致晶体和玻璃开裂，防止光胶面因升温速率过快受热后应力不均匀而产生分离或光圈形变；设定恒温时间是给键合足够充分的时间以完成界面结合；最高温设定能够防止超温导致玻璃熔化。
[0025]本专利技术的创新点有以下几点：
[0026]1、找到最佳键合温度，使Q晶体和增益介质得到最佳的键合牢固度。本专利技术通过实验分析了两种材料的一致熔融点；通过不同最高温温度实验条件摸索，探索到适合于键合的最高温范围，在520℃
‑
540℃范围内可以实现饵玻璃表面的微熔状态，在此状态下进行键合，容易达到键合表面的最佳键合，键合牢固度明显高于低温键合，而在温度更高的情况下进行键合，又容易导致键合面饵玻璃或硅酸盐玻璃出现熔化现象，导致键合界面牢固度下降，并且出现熔坑缺陷；
[0027]2、通过高温热扩散技术将两种熔点差异较大的异质材料键合在一起；
[0028]3、本专利技术采用了钴尖晶石的超光滑抛光工艺；超光滑抛光可以明显降低材料表面缺陷，提高键合后的表面损伤阈值；
[0029]本专利技术另外还涉及到铒玻璃和钴尖晶石的超声清洗工艺；抛光残留也是影响界面损耗和界面损伤阈值的主要因素，超声清洗可以去除抛光后的抛光残留，传统的光学擦拭方法去除不了深层的抛光残留。
[0030]本专利技术利用超光滑抛光技术、无结合剂光胶技术和真空气氛恒温烧结炉，通过升降温控制和恒温时间控制，增强键合界面结合力，减小界面损耗、提高界面损伤阈值，同时减小了激光器器件封装难度。本专利技术在增益介质和Q晶体的一致熔融点，采用高温键合技术，实现技术突破，使增益介质和Q晶体高温键合，增强了界面牢固度和减少了界面损耗，提高了界面的损伤阈值。
附图说明
[0031]图1为本专利技术增益介质10
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10<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于铒玻璃和钴尖晶石的高温键合方法，其特征在于，所述键合方法具有以下步骤：1)、准备铒玻璃和钴尖晶石作为增益介质和Q晶体
；
2)、将1)中所述增益介质进行抛光，使之达到表面粗糙度Ra&lt;0.3nm，表面面型优于λ/10；3)、将1)中所述Q晶体进行抛光，使之达到表面粗糙度Ra&lt;0.4nm，表面面型优于λ/10；4)将步骤2)和3)的抛光产品去除抛光残留后，在超净间进行擦拭，光胶形成光胶体；5)将4)中所述光胶体在光胶后检查光胶表面有无气泡或杂质颗粒，确认无缺陷后进行如下的高温键合烧结；6)将5)中所述的光胶体放在陶瓷板上，放置入恒温烧结炉，所述恒温烧结炉采用真空气氛；7)将6)中所述恒温烧结炉由室温缓慢升温至200℃，速率为35～45℃/h，恒温5h；之后缓慢升温至520
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540℃，速率为20～25℃/h，恒温30h；8)将7)中所述恒温烧结炉由最高温缓慢降温至室温，降温速率为20～25℃/h；9)将8)中所述恒温烧结炉内键合晶体取出。2.根据权利要求1所述的应用于铒玻璃和钴尖晶石的高温键合方法，其特征在于，所述铒玻璃为Er、Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，董永军，华伟，
申请(专利权)人：南京光宝光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：