Способ обработки монокристаллов гранатов

 

Изобретение относится к электронной технике и позволяет улучшить оптические свойства монокристалла, повысить его стойкость к лазерному излучению . Способ включает отжиг монокристаллов гранатов при 300-400°С в течение 4-5 ч и последующее облучение импульсным лазером с длиной волны в области прозрачности монокристалла при плотности энергии 5-8 хЮ2 Дж/см 2. После обработки коэффициента поглощения монокристаллов на длине волны 1,06 и 2,94 мкм уменьшается в 2-2,5 раза. 1 табл.

союз советских социАлистичесних

РЕСПУБЛИК

21 Ai

09) . (10 (51) С 30 В 33/00 29/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ по изоБРетениям и отнРытийм

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4643369/26 (22) 09. 12. 88 (46) 30.03.91. Бюп. У 12 (72) В. И ° Анисимов, В.И. Жеков, А. В. Кислецов, Т. М. Мурина, А,В.Попов и E.À.Ôåäîðîâ (53) 612. 315.592 (088. 8) (56) Жеков В.И. и др. Нелинейное объемное поглощение в кристаллах

Ys-х Е r„A 15 О.у, Письма в ЖЭТФ, 1987, т. 45, вып. 6, с. 277 279. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ MOHOKPHCTAfIJIOB

ГРАНАТОВ

Изобретение относится к обработке монокристаллов и может быть использовано в квантовой электронике, оптическом приборостроении при изготовлении оптических элементов лазеров.

Целью изобретения является улучше— ние оптических свойств монокристалла и повышение его стойкости к лазерному излучению, Способ осуществляют следуницим образ ом.

Диэлектрический кристапл со структурой граната (YsAl.z0iz Еr ) подвергают отжигу при 300-400 С в течение

4-5 ч, после чего осуществляют полировку по крайней мере одной поверхности кристалла, перпендикулярно ко- торой воздействуют излучением твердотельного лазера с длиной волны в области спектральной прозрачности крис-г талла, длительностью излучения 10,—

2 (57) Изобретение относится к электронной технике и позволяет улучшить оптические свойства монокристапла, повысит ь е го стой ко ст ь к л аз ер ному излучению. Способ включает отжиг монокристаллов гранатов при 300-400 С в течение 4-5 ч и последующее облучение импульсным лазером с длиной волны в области прозрачности монокристалла при плотности энергии 5-8 х10 Дж/см, После обработки коэффи2 циента поглощения монокристаллов на длине волны 1,06 и 2,94 мкм уменьшается в 2-2,5 раза. табл.

10 с и плотностью энергии от 5 Дж/

/смг до величины, не превышающей порога разрушения кристалла.

Отжиг проводят в вакуумной печи

"Tesla". Затем полируют одну сторону кристалла порошками М40, 20, 10, АСМ 3/2, 1/О и осуществляют лазерное облучение излучением твердотельного лазера с активным элементом алюмоиттриевого граната, легированного эрбием (YAG-Erг ), длительностью 10

10 с и плотностью энергии 5-10 Дж/

/см . Так как твердотельные лазеры . имеют ярко выраженную пичковую структуру излучения с длительностью отдельного пичка О, 1-0,5 мкс, то воздейст-. вие такого излучения на кристапл приводит к рasогреву локальных частиц до высоких температур (порядка 1000- .

3000 С), так как возникает..нелинейное поглощение частиц, что соответствен163822 1 4

35 но приводит к увеличению коэффициента объемного поглощения, то есть к ухудшению оптических свойств кристалла.

Использование ppz.я термообработки кристалла лазерного излучения с длительностью 1-10 м/с позволяет поддерживать температуру r 1000-3000 С в течение. времени действия импульса ла,зерноro излучения, достаточного, чтобы локальный дефект перешел в новое кристаллич еское состояние, ко торое харак теризуется меньшими локальнымн коэффициентами объемного поглощения и рассея- 15 ния, что приводит к улучшению оптических с.войств кристаллов.

Обрабатывают предлагаемым способом несколько образцов. Отжиг проводят с целью улучшения качества поверхности кристалла. Статистика показала, что температурный параметр отжига для всех исследуемых кристаллов лежал в интервале 300-400 С, а временной— .4-5 ч. Снижение температуры ниже 25

300 С не приводит к положительному эффекту. Проведение отжига с температурой более 400 С нецелесообразно, из-за сложности высокотемпературных печей, Проведение отжига при темпера- 30 туре порядка 1000 С и более приводит к выпаданию фазы УА1<0Э и т.д., к диффузии атомов, что в свою очередь приводит к образованию точечных дефектов типа F-центров, О -вакансий и т.д.

Длительность импульса лазерного излучения, которым проводят обработ— ку, равна 10 — 10 Эс и определяется экспериментально. 40

Уменьшение длительности импульса приводит к тому, что времени для пере. хода частицы в новое кристаллическое состояние становится недостаточно, то есть она находится при высокой температуре мало времени.

Увеличение длительности . импульса приводит к уменьшению энергии в отдельном "пичке" лазерного импульса и данной энергии становится недостаточно для локального разогрева частицы до высоких температур, необходимых для ее перевода в новое кристаллическое состояние.

Плотность энергии меньше 5 Дж/см

5.5 не приводит к положительному эффекту при лазерной обработке, так как не

1 хватает энергии для разогрева локальных частиц, Верхняя граница определя— ется порогом разрушения оптического материала. Для данного кристалла она ранна 10 Дж/см

Э я

Контроль качества исследуемого кристалла проводили по измерению коэффициента поглощения (g) до и после обработки.

Измерение о проводили с использованием: YAG - Nа -лазера с с =1О с э+ л у з+ (ih 1,06 мкм); YAG " Еr - лазера с п

=2- 10 с (Я =2,94 мкм), В таблице приведены результаты измерения коэффициента поглощения монокристаллов, обработанных при различных режимах, .

Измерения показ али, что величина

Ol после лазерной обработки уменьшается в 2-2,5 раза. Использование предлагаемого способа обработки диэлектрических кристаллов со структурой грана- . та имеет следунщие преимущества: позволяет снизить локальные коэффициенты поглощения, что приводит к улучшению оптических свойств кристалла, например светопропускания; повышает стойкость кристалла к разрушению его лазерным излучением за счет изменения кристаллического состояния субмикронных частиц в кристалле, так как разрушение кристаллов в основном происходит на примесных частицах субмикронного размера; позволяет повысить качество диэлектрических кристаллов, надежность их в работе и эксплуатационные свойства при работе в составе лазерных устройств с высокой плотностью энергии.

Фор мул а из обретения

Способ обработки монокристаллов гранатов, включающий полировку поверхностей кристалла и облучение его импульсным лазерным излучением с длиной волны в области прозрачности монокристалла при плотности энергии, не превышающей порога разрушения кристалла, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения оптических свойств монокристалла и повышения его стойкости к лазерному излучению, перед облучением его отжигают при 300-400 С в течение 4-5.ч, а облучение ведут при плотности энергии (5-8 ° 10 Дж/см ) .

1638221

Длит ельность им

Плотность

Время отжиТемпе р атура отжига, С э нер гии, Дж/см пульса, с

ra, ч

9 10

8 ° 10

6 10

7 10

7,5 ° 10

6 10

1,6 ° 10

l,4 10

1,2. 10

7 10

6,4 ° 10

5 -10

1,5 10

1 25 lO

2,05. 10

4,2 10

4,0 ° 10

3,0 10

О, 7 10

0,6 ° 10

0,5 10

4,2 ° 10

4,0 ° 10

3 О 10-3

О 7 10 3

0,6i)0

0,5 10 з

10 Разрушение монокристалла

10 .

300-400 4-5

-.я

300-400 4-5

P азрушение монокрист алла

Составитель В. Безбородова

Техред Л. Сердюкова Корректор Т. Колб

Редактор А, Маковская

Заказ 904 Тираж 26 8 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 1О1

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300-400

300"400

300-400

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4 — 5

4 — 5

4-5

4-5

4-5

4-5

4 — 5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

4-5

5

5

6

6

6

) Q

8 ° 10

8 10

8 10

8 10

8 ° 10

8 ° 10

Коэффициент поглощения )к, см (Я=

=1, 06 мкм) Ко э ффицкент по глощения Ы, см (=

=2,94 мкм) )0-3

1,5 ° 10

1,2 10

10 3

)p-3

) p-3

10 !

О

10 — 3

l0

l0

10-2