[发明专利]在钕掺杂钒酸镥晶体内制备条形波导激光器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钕掺杂钒酸镥晶体内制备条形波导激光器件的方法，属于光电子器件制备技术领域。

背景技术

钕掺杂钒酸镥(Nd doped lutecium vanadate，或简写为Nd:LuVO₄)晶体是一种应用广泛的激光增益介质，有很强的偏振吸收性，大的受激发射截面，高吸收系数，宽吸收带，对泵浦波长的依赖性小，激光阈值低。可以产生波长为1064或者1340纳米的激光，在激光加工、集成光学、光通讯中具有重要的应用。波导是集成光学的基本元件，被定义为一个相对于周维介质，折射率高的高折射率区域。在波导中，光束由于全反射原理，被限制在高折射率介质中传播。跟据光在波导中，受限制的方式不同分为平面波导(在一个方向上限制光的传播)和条形波导(在两个方向上限制光的传播)。采用一定条件对增益介质材料制备的波导进行泵浦，可以输出波导激光。波导结构可以将光的能量约束在截面非常小的区域内，在低入射能量的情况下，即可达到高的能量密度，所以波导激光的泵浦阈值相对体材料要低很多。而且在波导中泵浦光和波导激光的交叠面积大，可以达到很大的泵浦效率。另外，波导的长度和端面直径的比例大，利于热量散发，大大降低了波导激光的热效应。波导的制备方法有很多种，例如离子注入、脉冲激光沉积、飞秒激光写入、扩散等。2005年和2007年科技期刊杂志《Journal of Crystal Growth》和《Applied SurfaceScience》分别报道了用脉冲激光沉积技术和离子注入技术制备Nd:LuVO₄平面波导(Journalof Crystal Growth 281，426(2005)，Applied Surface Science 253，9311(2007))等。还没有条形波导制备的报道。也没有波导激光方面的报道。

发明内容

本发明提供了一种用350fs飞秒激光直写在钕掺杂钒酸镥(以下简写为Nd:LuVO₄)晶体中制作条形波导并实现输出波导激光的方法。

1)将垂直于钕掺杂钒酸镥晶体晶轴即c轴方向的两个面，进行抛光，并对抛光后的样品清洗；

2)用飞秒激光，透过任一抛光面，沿晶体的a或b轴方向灼烧样品，产生两条间距为20或30微米的踪迹，在两条踪迹间形成条形波导；使用飞秒激光的脉冲重复频率为200千赫兹，能量为2～17微焦每脉冲，写入速度为0.2～15毫米每秒的飞秒激光，波长为1047纳米，脉冲宽度为350飞秒；

3)将晶体垂直于条形波导方向的两个端面抛光；

4)在抛光的端面上镀激光谐振腔膜，形成条形钕掺杂钒酸镥晶体波导激光器件；

5)利用光源泵浦钕掺杂钒酸镥晶体的条形波导，产生波长为1063±1纳米或者1340±1纳米的波导激光。

使用飞秒激光写入，成本低，任意性强，可控性高；波导区内的折射率改变及波导模式的调整，可以通过调节飞秒激光的能量、脉冲和写入速度来实现。波导激光的输出可以通过精确调控耦合模式的匹配来增强。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2飞秒激光直写制备钕掺杂钒酸镥晶体波导的制作工艺示意图；

图3为钕掺杂钒酸镥晶体条形波导激光产生的产生示意图；

图中：1.飞秒激光，2.钕掺杂钒酸镥晶体，3.条形波导，4.激光写入踪迹，5.泵浦光，6.偏振片，7.激光谐振腔输入端镀膜，8.激光谐振腔输出端镀膜，9.凸透镜，10.波导激光。

具体实施方式

实施例1：在钕掺杂钒酸镥晶体内制备条形波导激光器件的方法

1)将垂直与钕掺杂钒酸镥晶体(2)晶轴方向(c轴)的两个面，进行抛光，并对抛光后的样品清洗；

2)用飞秒激光(1)，透过任一抛光面，沿晶体的a轴方向灼烧样品，产生两条间距为30微米的踪迹。在两条踪迹间形成条形波导(3)。使用飞秒激光(1)的脉冲重复频率为200千赫兹，能量为8微焦/脉冲，写入速度为1毫米/秒的飞秒激光，波长为1047纳米，脉冲宽度为350飞秒。

3)将晶体垂直于条形波导方向的两个端面抛光。

4)在抛光的端面上镀激光谐振腔膜(7，8)。通光进入方向谐振腔膜的要求为波长为790-810纳米的光99％透过、波长为1055-1090纳米的光99％反射(7)，输出方向谐振腔膜的要求为波长为790-810纳米的光99％反射、波长为1055-1090纳米的光95％反射(8)，形成条形钕掺杂钒酸镥晶体波导激光器件；