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陶瓷燒結(jié)與晶體生長(zhǎng)制造激光材料的比較
星之球科技 來(lái)源:中國(guó)光學(xué)網(wǎng)2015-07-26 我要評(píng)論(0 )
激光陶瓷出 現(xiàn)之前,大多數(shù)晶體激光基質(zhì)材料都只能用晶體生長(zhǎng)法(如Czochralski法)生長(zhǎng)。這種晶體生長(zhǎng)技術(shù)依靠熔化材料并利用籽
激光陶瓷出 現(xiàn)之前,大多數(shù)晶體激光基質(zhì)材料都只能用晶體生長(zhǎng)法(如Czochralski法)生長(zhǎng)。這種晶體生長(zhǎng)技術(shù)依靠熔化材料并利用籽晶使熔融材料在冷卻過(guò)程中 產(chǎn)生結(jié)晶。Czochralski法是生產(chǎn)Nd:YAG最常用的商品化生長(zhǎng)技術(shù),是從銥坩堝內(nèi)的熔融液體中利用提拉籽晶生長(zhǎng)晶體。在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中,必須 保持溫度在YAG熔化溫度(1960℃)以上。
生長(zhǎng)晶體一般需要2周或者更長(zhǎng)的時(shí)間。在晶體生長(zhǎng)期間,坩堝雜質(zhì)可能會(huì)進(jìn)入到熔體中,然后進(jìn)入晶體。若用Czochralski晶體生長(zhǎng)法制備直徑大于 6in的單晶毛坯,并且要求沒(méi)有過(guò)大應(yīng)力和結(jié)晶斷口,則要攻克許多技術(shù)難關(guān)。例如,在Nd:YAG晶體生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生一個(gè)貫穿毛坯晶體中心的高應(yīng)力核心區(qū) 域。毛坯中心的這種殘余應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的波前畸變,因此限制了晶體的尺寸。
陶瓷燒結(jié)法比Czochralski晶體生長(zhǎng)法有很多優(yōu)點(diǎn)。首先是將高純度YAG納米粉末形成所要求的形狀,然后在真空中燒結(jié)成陶瓷,整個(gè)過(guò)程只需 24h。此外,陶瓷產(chǎn)品的尺寸只受生產(chǎn)設(shè)備的限制。陶瓷所具有的優(yōu)良特性類似于激光玻璃, 而陶瓷的導(dǎo)熱率和玻璃相比,有明顯的增加,且有更強(qiáng)的耐熱損傷性能。目前獲得的這種具有高導(dǎo)熱率和優(yōu)質(zhì)光學(xué)質(zhì)量的大激光增益介質(zhì),預(yù)期會(huì)對(duì)高平均功率激光 系統(tǒng)以及對(duì)未來(lái)高能存儲(chǔ)激光系統(tǒng)產(chǎn)生重要的影響。與熔液生長(zhǎng)技術(shù)相比,陶瓷燒結(jié)技術(shù)能保持更高的摻雜濃度,這在微芯片激光器應(yīng)用方面是非常重要的。晶粒尺 寸小能使高濃度釹摻雜所產(chǎn)生的應(yīng)力,以短距離在晶粒邊界處減輕。此外,在母體基質(zhì)材料中摻雜物質(zhì)的濃度在最終的陶瓷成品中保持不變,這一點(diǎn)優(yōu)于 Czochralski法。這是因?yàn)樵贑zochralski晶體生長(zhǎng)中,較多的摻雜物質(zhì)的離子通常被阻擋滯留在晶體。
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