多段式钒酸钇复合激光晶体的研究

Laser crystal device is the core component of all solid-state laser, with solid-state laser in the direction of high power, large energy development, The existing bonding crystal already cannot satisfy the use requirement because of its complex interface high absorption. In using the method of crystal growth, Applicants create multistage compound Yttrium vanadate laser original crystal, the.absorption of composite interfaces is only 1/17 of the bonding interface, contrast test results show that the laser performance has been increased greatly. This project focuses on "weak absorption mechanism and working mechanism of multistage compound Yttrium vanadate laser original crystal’s composite interface”, through to composite interface microstructure and morphology, crystal defects, such as.in-depth study, establish various defects on composite interface interaction, converting conditions, and the structure model of dynamic evolution process, complete the microstructure defects, photoelectric performance testing.

激光晶体器件是全固态激光器的核心部件，伴随着固体激光器往高功率、大能量方向发展，现有的键合式晶体由于其复合界面吸收大，已经无法满足使用要求。申请者在国内外率先采用多次晶体生长的方法，制备出原生多段式钒酸钇复合激光晶体，复合界面吸收仅为键合的1/17，对比试验结果表明其激光性能比键合晶体有了较大提升。. 本项目重点研究“原生多段式激光晶体中复合界面弱吸收的产生机理和工作机制”这一关键科学问题，通过对原生多段式钒酸钇激光晶体的复合界面的微观结构与形貌、晶体缺陷等进行深入研究，建立复合界面上各种缺陷交互作用、转化条件以及动态演变过程的结构模型，完成微观结构缺陷与宏观光电性能的定性描述与量化测试；同时，项目将在上述理论研究基础上对复合晶体制备技术进行革新，解决复合界面处晶格失配、晶体缺陷等问题，制备出超低界面吸收复合晶体，为新型激光晶体器件的设计开辟一条新路。

伴随着固体激光器往高功率、大能量方向发展，激光晶体的热效应问题越来越突出，采用键合方式制备多段式复合晶体来改善晶体散热，已经成为目前业界首选的解决方案之一。但是由于键合界面处的光吸收会晶体材料本身高2-3个数量级，限制了激光输出功率和光束质量进一步提升。申请者在国内外率先采用多次晶体生长方法，制备出原生多段式钒酸钇复合激光晶体，对比试验结果表明其激光性能比键合晶体有较大提升。目前制备晶体复合界面吸收仅为键合的1/17，但是比晶体材料本身还是高很多，其激光性能还有很大提升空间。本项目按照研究实施方案，开展了多段式钒酸钇晶体的制备技术研究，揭示了复合界面处的结构缺陷引起的弱吸收及散射损耗，开发出了原位晶体生长技术，通过离子掺杂调控，有效抑制了晶体生长界面的缺陷影响，批量制备出多段式复合晶体。测试表明，制备出“YVO4/Nd3+:YVO4/YVO4”原生复合晶体，加工出通光截面直径25mm、三段长度分别12mm/8mm/10mm的晶体器件，满足项目指标要求；晶体复合界面吸收散射系数707.9 ppm/cm；晶体复合界面的过渡层（YVO4与Nd3+:YVO4分段生长时，熔体可能产生微凸界面）厚度为0.3mm；其指标满足项目要求；研究过程中发表SCI学术论文8篇，其中影响因子大于3的论文4篇；申请发明专利6项；培养博士研究生2人，硕士研究生3人。