[发明专利]一种氟化钇锂复合晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光晶体制备技术领域，特别涉及一种氟化钇锂复合晶体及其制备方法。

背景技术

氟化钇锂(LiYF₄，简称YLF)是一种优良的激光基质晶体材料，具有良好的光谱和激光性能，能在室温下实现中红外到可见光，紫外光多种波长的激光输出。更特别地，氟化钇锂具有抗紫外辐射和适于多掺杂特性，向其中掺入不同激活离子制备得到的掺杂氟化钇锂在室温下可以发射不同波长的激光，由于非线性折射率小，能够作为高功率大能量激光装置振荡器和前置放大器工作物质。然而在高功率水平下，晶体的热效应十分突出，因此，要获得高功率的激光输出，需尽可能地削弱激光运转时晶体的热效应。

目前，通常利用晶体键合技术制备得到的键合晶体来削弱激光运转时晶体的热效应，通过晶体之间的键合能够提高激光工作物质热性能、降低激光工作物质温度、提高激光输出功率和效率。常用的激光晶体键合技术主要包括：熔融键合技术、低温真空热键合技术、直接生长键合技术以及胶粘技术。

熔融键合技术是由Lasky于1985年首先提出的，该技术主要过程为两步：首先，将两片表面抛光好的晶体经过化学处理，在室温条件下将两个抛光面粘贴在一起，通过表面吸附的分子膜建立起氢键连接，完成预键合。然后，通过对预键合的晶体进行高温退火处理，使键合界面原子的排列发生重组和相互熔合，形成牢固的共价键连接，这个过程就是熔融键合。该技术对晶体表面的平整度和粗糙度要求较高，不适宜键合含有铝的金属物器件，主要用于制作耐高温的SOI材料、激光晶体材料和中等温度下III-V族材料的键合。

低温真空键合技术又被称为离子辅助键合技术，是直接键合技术的一种。晶体键合前先用等离子体活化表面，在真空低温条件下就可实现较高的不同材料具有不同的物理特性，例如迁移率、光学吸收特性、导热率和机械特性等。对于某项应用而言，一种材料往往不能满足所要求的全部光学特性，因此需要将两种或多种材料集成起来。在过去的几十年中，人们一直在探索一种能够将不同材料集成起来的方法，从而制作出功能更强大、性能更加优越的器件。基于此，在过去的时间里出现了各种材料集成技术，其中晶体键合技术显示了极大的优越性，通过这种技术能够获得牢固的、平滑的、光学透明的键合界面，这种界面不仅能够在光电集成中获得广泛应用，对于光器件的创新也具有及其重要的意义。

直接生长键合的优势在于其制备的复合晶体强度高，但是该方法效率低，键合面损耗大，成本高且工艺不稳定，成平率低，目前不能够用于大规模生产。

胶粘技术具有工艺简单，加工精度要求低等优势，但是这种方法制备的复合晶体，复合键合面损耗过大，键合强度低，难以承受高功率密度。

对于氟化钇锂复合晶体来说，现有技术利用熔融键合技术提供了一种氟化钇锂复合晶体，该氟化钇锂复合晶体包括：工作介质和基质，所述基质分别键合在所述工作介质相对的两端，其中，工作介质为a轴晶向的掺杂氟化钇锂晶体，基质为a轴晶向的氟化钇锂晶体。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术提供的氟化钇锂复合晶体无法保证晶向严格匹配，且存在双折射效应，造成氟化钇锂复合晶体的损耗，不利于提高激光器的输出效率。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种不存在晶向匹配问题，且降低双折射效应的氟化钇锂复合晶体及其制备方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种氟化钇锂复合晶体，包括：工作介质和基质，所述基质键合在所述工作介质端部，所述工作介质为a轴晶向的掺杂氟化钇锂晶体，所述基质为c轴晶向的氟化钇锂晶体。

进一步地，所述掺杂氟化钇锂晶体中掺杂有稀土元素。

具体地，所述稀土元素选自铥、钬、钕、铒、镨中的至少一种。

作为优选，所述掺杂氟化钇锂晶体中，所述稀土元素的原子数百分含量大于0at％且小于等于50at％。

另一方面，本发明实施例提供了一种氟化钇锂复合晶体的制备方法，包括：

步骤a、通过直接键合技术，将c轴晶向的氟化钇锂晶体分别预键合在a轴晶向的掺杂氟化钇锂晶体的端部，得到第一中间产物；

步骤b、在垂直于所述第一中间产物的键合面的方向上，对所述第一中间产物进行施压处理，得到第二中间产物；

步骤c、对所述第二中间产物进行热等静压处理，得到所述氟化钇锂复合晶体。