一種波導(dǎo)激光器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)激光器的制備方法，尤其是涉及一種利用反質(zhì)子交換制備波導(dǎo)激光器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光纖通信、測(cè)距、醫(yī)療等方面的發(fā)展，對(duì)激光光源提出了越來(lái)越高的要求，光源質(zhì)量在很大程度上決定了光學(xué)系統(tǒng)的性能，經(jīng)過(guò)不斷地研宄和開(kāi)發(fā)，波導(dǎo)激光器作為產(chǎn)生一種新型激光光源的激光器，在激光振蕩、光束質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率等性能方面有著巨大優(yōu)勢(shì)。
[0003]波導(dǎo)是集成光學(xué)的基本組成單位，也是全光通信的基礎(chǔ)，被定義為由低折射率區(qū)域包圍起來(lái)的高折射率區(qū)域，由于全反射原理，光束可以被限制在高折射率介質(zhì)層中傳播，從而波導(dǎo)可以將光的能量約束在一個(gè)截面非常小的波導(dǎo)內(nèi)。根據(jù)光在傳播方向上受到的限制，波導(dǎo)可以分為平面光波導(dǎo)(在一個(gè)方向上限制光場(chǎng))和條形光波導(dǎo)(在兩個(gè)方向上限制光場(chǎng))。對(duì)波導(dǎo)進(jìn)行諧振腔鍍膜，用合適的泵浦光對(duì)波導(dǎo)作為增益介質(zhì)進(jìn)行泵浦，就會(huì)輸出相應(yīng)的波導(dǎo)激光。與一般的體激光器相比，波導(dǎo)激光器利用光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒛芰考s束在很小的截面內(nèi)，能夠有效的提高光的能量密度，降低泵浦閾值，從而有效的提高斜率效率。此外，用波導(dǎo)作為增益介質(zhì)的激光器，比體激光器的尺寸要小得多，更容易集成，因此波導(dǎo)激光器非常適合于集成光學(xué)發(fā)展的需要?，F(xiàn)階段被用來(lái)制備波導(dǎo)激光器的晶體有很多，其中￥13:1^他03具有很強(qiáng)的偏振吸收性，高吸收系數(shù)，對(duì)泵浦波長(zhǎng)的依賴性較小，激光閾值較低，同時(shí)能夠產(chǎn)生1061nm的激光，在集成光學(xué)和光通訊領(lǐng)域具有重要應(yīng)用；但是，Yb: LiNbO3成本較高，不適合平常使用。
[0004]對(duì)于波導(dǎo)激光器的制備，可采用離子注入法和Ti擴(kuò)散法，但這些制備工藝也面臨著一些問(wèn)題，比如，離子注入法由于注入劑量較大，注入時(shí)間較長(zhǎng)，波導(dǎo)制作成本較高，在離子注入過(guò)程中，注入離子在射程末端對(duì)晶格結(jié)構(gòu)造成了一定程度上的損傷，而這些損傷的存在會(huì)增加波導(dǎo)的吸收和散射的損耗，提高了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率。為尋求更好的制備工藝，南安普頓大學(xué)J.K.Jones等人提出了在y方向傳播的鈮酸鋰晶體上進(jìn)行Ti擴(kuò)散制備波導(dǎo)激光器的方法，盡管Ti擴(kuò)散可以制作出低損耗的波導(dǎo)，但由于Ti擴(kuò)散存在嚴(yán)重的光折變損傷，從而無(wú)法產(chǎn)生穩(wěn)定的連續(xù)波激光振蕩，這大大限制了它們的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種波導(dǎo)激光器的制備方法，采用質(zhì)子交換工藝，降低制備波導(dǎo)激光器過(guò)程中的光折變損傷，使波導(dǎo)激光器產(chǎn)生穩(wěn)定的連續(xù)波激光振蕩；進(jìn)一步采用反質(zhì)子交換工藝，提高了波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換效率。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種波導(dǎo)激光器的制備方法，包括如下步驟:
[0008]步驟1，選擇形狀為長(zhǎng)方體的LiNbO3晶體，對(duì)LiNbO 3晶體的上表面和其中兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面進(jìn)行拋光，并清洗拋光后的上表面和兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面；
[0009]步驟2，在清洗后的LiNbO3晶體上表面蒸發(fā)一層鐿膜，并對(duì)鐿膜進(jìn)行擴(kuò)散處理，得到 Yb = LiNbO3晶體；
[0010]步驟3，在鐿膜的中間預(yù)留3-5mm的通道，該通道與步驟I所述兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面垂直，且通道的兩端分別延至上表面的兩端，在通道兩側(cè)鍍一層金屬保護(hù)膜，對(duì)預(yù)留的通道刻山、、/由B
出Y及寸；
[0011]步驟4，在步驟3的基礎(chǔ)上對(duì)Yb = LiNbC^aB體進(jìn)行質(zhì)子交換和退火處理，得到光波寸；
[0012]步驟5，對(duì)光波導(dǎo)進(jìn)行反質(zhì)子交換，得到掩埋質(zhì)子交換波導(dǎo)；
[0013]步驟6，在掩埋質(zhì)子交換波導(dǎo)的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面鍍激光諧振腔膜，得到波導(dǎo)激光器。
[0014]優(yōu)選的，步驟2所述鐿膜的厚度為30nm。
[0015]優(yōu)選的，步驟2所述擴(kuò)散處理過(guò)程中，將鐿膜在1100-1300攝氏度的溫度下進(jìn)行15-25個(gè)小時(shí)的擴(kuò)散處理。
[0016]優(yōu)選的，步驟3所述金屬保護(hù)膜為金屬鋁保護(hù)膜。
[0017]優(yōu)選的，步驟4所述質(zhì)子交換過(guò)程中，將質(zhì)子源和Yb = LiNbO3晶體加熱到200攝氏度后，進(jìn)行120分鐘的質(zhì)子交換。
[0018]優(yōu)選的，步驟4所述退火處理過(guò)程中，將質(zhì)子交換后的Yb: 1^他03晶體放在退火爐中，在370攝氏度下維持180分鐘的退火。
[0019]優(yōu)選的，步驟5所述反質(zhì)子交換過(guò)程中，將光波導(dǎo)浸沒(méi)于摩爾濃度比為37.5:44.5:18.0的KN03:NaN03:LiNb03混合熔液中，在350攝氏度下持續(xù)12個(gè)小時(shí)的反質(zhì)子交換。
[0020]優(yōu)選的，步驟6所述在掩埋質(zhì)子交換波導(dǎo)的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面鍍激光諧振腔膜具體為:其中一個(gè)側(cè)面鍍918nm的增透膜和1061nm的高反膜，另一個(gè)側(cè)面鍍鍍1061nm的增透膜和918nm的高反膜。
[0021]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0022]1、本發(fā)明波導(dǎo)激光器的制備方法，采用質(zhì)子交換的方法制備波導(dǎo)激光器，降低了光折變損傷，從而使波導(dǎo)激光器產(chǎn)生穩(wěn)定的連續(xù)波激光振蕩，進(jìn)一步利用反質(zhì)子交換工藝，提高了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率。
[0023]2、本發(fā)明波導(dǎo)激光器的制備方法，采用波導(dǎo)作為增益介質(zhì)，減小了激光諧振腔的體積，增大了諧振腔內(nèi)的光功率密度，從而實(shí)現(xiàn)了較低閾值的激光輸出。
[0024]3、本發(fā)明波導(dǎo)激光器的制備方法，通過(guò)在波導(dǎo)兩端鍍?cè)鐾改ず透叻茨?，避免了使用透鏡和反射鏡，減少了激光器所需元器件的數(shù)量，大大降低了激光器的尺寸和成本，提高了激光系統(tǒng)的集成度。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明波導(dǎo)激光器的制備方法的工藝流程圖。
[0026]圖2是利用本發(fā)明的制備方法制備得到的波導(dǎo)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]其中:I為鈮酸鋰襯底層、2為鐿擴(kuò)散層、3為質(zhì)子交換波導(dǎo)通道、4為激光諧振腔輸入端鍍膜、5為激光諧振腔輸出端鍍膜、6為泵浦光、7為波導(dǎo)激光。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明波導(dǎo)激光器的制備方法，包括如下步驟:
[0030]步驟I，對(duì)LiNbO-aB體進(jìn)行拋光，并清洗拋光后樣品的表面；
[0031]步驟2，在晶體表面蒸發(fā)一層鐿膜，并高溫?cái)U(kuò)散處理；
[0032]步驟3，在晶體表面鍍一層金屬鋁保護(hù)膜，光刻刻出波導(dǎo)部分；
[0033]步驟4，對(duì)晶體進(jìn)行質(zhì)子交換，退火處理，形成光波導(dǎo)；
[0034]步驟5，對(duì)光波導(dǎo)進(jìn)行反質(zhì)子交換處理，形成掩埋質(zhì)子交換波導(dǎo)；
[0035]步驟6，在掩埋質(zhì)子交換波導(dǎo)的兩端面鍍上激光諧振腔膜，形成波導(dǎo)激光器，如圖2所示。
[0036]步驟I中，晶體拋光、清洗流程包括如下步驟:
[0037]步驟1-1，利用化學(xué)-機(jī)械研磨的方法對(duì)晶體端面拋光處理；
[0038]步驟1-2，利用丙酮、酒精、去離子水順次清洗拋光后的晶體，晶體如圖2中鈮酸鋰襯底層I所示。
[0039]步驟2中，利