CN1308715C - 掺镱钆镓石榴石平面光波导的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种掺镱钆镓石榴石平面光波导的制备方法，它是采用脉冲激光沉积法，将Yb3+:GGG多晶靶材的表层分子熔蒸出来，在加热的纯YAG衬底上生成Yb3+:GGG平面光波导。本方法可以在纯YAG衬底上生长出符合需要的微米量级的Yb3+:GGG平面光波导。不仅节省材料，还可以批量生产，对激光技术以及集成光学的发展具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及平面光波导，特别是一种掺镱钆镓石榴石平面光波导的制备方法，具体地涉及到在纯YAG单晶衬底上生长一层Yb3+:GGG单晶薄膜，这是一种优良的平面光波导材料。Yb3+:GGG平面光波导是优异的激光、光电材料，具有十分广泛的应用前景。
背景技术
Yb3+离子为最简单的激活离子，仅有一个基态和一个激发态。其优点是：
1.Yb3+离子吸收带在0.9-1.1μm波长范围，能与InGaAs激光二极管泵浦源耦合，且吸收带宽；
2.量子缺陷低；
3.不存在激发态吸收和上转换，光转换效率高；
4.荧光寿命长，有利于储能。
脉冲激光沉积方法最近已经在光电子领域取得了很大的应用。单晶光波导与体单晶相比具有小的激光阈值和高的增益。由于GGG晶体具有比YAG高得多的折射率(nGGG＝1.2377，nYAG＝1.2016)和小的失配率(小于2.9％)，所以很容易制成性能优良的光波导。但是采用现有技术生长的大块Yb3+:GGG晶体，应用于集成光学等领域，要加工成微米量级晶片，这是十分困难的事。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服在先技术生长的大块Yb3+:GGG晶体难以加工成微米量级晶片的问题，提供一种掺镱钆镓石榴石平面光波导的制备方法，以满足微光学领域和日益发展的激光技术及集成光学的需要。
本发明掺镱钆镓石榴石平面光波导的制备方法是采用脉冲激光沉积(PLD：pulsed laser deposition)的方法，用ArF准分子激光器，通过透镜将能量密度聚光后，经光学窗口照射到装置内的Yb3+:GGG多晶靶材，使表层分子熔蒸出来，到达纯YAG衬底上成膜。
本发明所用的脉冲激光沉积法制备Yb3+:GGG平面光波导的装置示意图见图1，将ArF准分子激光(激光波长为193nm)通过透镜聚光，经光学窗口照射到装置内的Yb3+:GGG多晶靶材，靶材吸收激光后，由于电子激励而成为高温熔融状态，使材料表面数十纳米被蒸发气化，气体状的微粒以柱状被放出并扩散，在离靶材的表面数厘米处相对放置的适当被加热的纯YAG衬底上附着、堆积从而淀积成Yb3+:GGG薄膜。
本发明的Yb3+:GGG平面光波导的制备方法的具体工艺流程如下：
<1>将清洗的双面抛光或单面抛光的纯YAG衬底及Yb3+:GGG多晶靶材送入脉冲激光淀积装置的腔内；
<2>将腔内抽成超高真空，然后充入氧气气氛；
<3>对YAG衬底进行加热，升温至500～900℃，将ArF准分子激光通过透镜聚焦光，经光学窗口照射到装置腔内的Yb3+:GGG多晶靶材，表层分子熔蒸后在纯YAG衬底上成膜，缓慢降至室温后，即可得到高质量的Yb3+:GGG薄膜。
本发明与在先技术生长Yb3+:GGG体单晶相比，采用提拉法或坩埚下降法生长的高质量纯YAG作为衬底，在纯YAG衬底上生长出符合需要的微米量级Yb3+:GGG平面光波导，克服了采用在先技术生长体单晶加工困难的问题，极大的节省了材料。本发明适宜批量生产，能够满足激光技术迅猛发展的市场需求，具有良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明方法采用的脉冲激光沉积(PLD)装置的示意图。
图中：1为ArF准分子激光，λ＝248nm，2为衬底，3为转靶。
具体实施方式
实施例1
用上述的脉冲激光沉积(PLD)制备Yb3+:GGG单晶薄膜的装置和具体的工艺流程：
<1>将清洗的尺寸为10×10mm2，双面抛光的纯YAG衬底2及Yb3+:GGG多晶靶材3送入脉冲激光淀积***；
<2>将腔内抽成超高真空，然后充入氧气气氛；
<3>对衬底进行加热，升温至600℃，将脉宽25ns的ArF准分子激光1通过透镜以10J/cm2的能量密度聚光，经光学窗口照射到装置内的Yb3+:GGG多晶靶材3，靶材3表层分子熔蒸后在纯YAG衬底2上成膜，缓慢降温后即可得到高质量的Yb3+:GGG薄膜。
实施例2
用上述的脉冲激光沉积(PLD)制备Yb3+:GGG单晶薄膜的装置和具体的工艺流程：
<1>将清洗的尺寸为10×10mm2，双面抛光的纯YAG衬底及Yb3+:GGG多晶靶材送入脉冲激光淀积***；
<2>将腔内抽成超高真空，然后充入氧气气氛；
<3>对衬底进行加热，升温至900℃，将脉宽25ns的ArF准分子激光器通过透镜以10J/cm2的能量密度聚光，经光学窗口照射到装置内的Yb3+:GGG多晶靶材，靶材表层分子熔蒸后在纯YAG衬底上成膜，缓慢降温后即可得到高质量的Yb3+:GGG平面光波导。
实施例3
用上述的脉冲激光沉积(PLD)制备Yb3+:GGG单晶薄膜的装置和具体的工艺流程：
<1>将清洗的尺寸为10×10mm2，双面抛光的纯YAG衬底及Yb3+:GGG多晶靶材送入脉冲激光淀积***；
<2>将腔内抽成超高真空，然后充入氧气气氛；
<3>对衬底进行加热，升温至800℃，将脉宽25ns的ArF准分子激光器通过透镜以10J/cm2的能量密度聚光，经光学窗口照射到装置内的Yb3+:GGG多晶靶材，靶材表层分子熔蒸后在纯YAG衬底上成膜，缓慢降温后即可得到高质量的Yb3+:GGG平面光波导。
实施例4
用上述的脉冲激光沉积(PLD)制备Yb3+:GGG单晶薄膜的装置和具体的工艺流程：
<1>将清洗的尺寸为10×10mm2，双面抛光的纯YAG衬底及Yb3+:GGG多晶靶材送入脉冲激光淀积***；
<2>将腔内抽成超高真空，然后充入氧气气氛；
<3>对衬底进行加热，升温至500℃，将脉宽25ns的ArF准分子激光器通过透镜以10J/cm2的能量密度聚光，经光学窗口照射到装置内的Yb3+:GGG多晶靶材，靶材表层分子熔蒸后在纯YAG衬底上成膜，缓慢降温后，即可得到高质量的Yb3+:GGG平面光波导。
Claims (2)
1.一种掺镱钆镓石榴石平面光波导的制备方法，其特征在于选取Yb3+:GGG多晶靶材，在纯YAG单晶衬底上用脉冲激光淀积法生长一层Yb3+:GGG平面光波导。
2.根据权利要求1所述的掺镱钆镓石榴石平面光波导的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：
<1>将清洗的双面抛光或单面抛光的纯YAG单晶衬底及Yb3+:GGG多晶靶材送入脉冲激光淀积装置腔内；
<2>将腔内抽成超高真空，然后充入氧气气氛；
<3>对衬底进行加热，升温至500～900℃，将ArF准分子激光通过透镜聚光，经光学窗口照射到装置内的Cr4+，Yb3+:GGG多晶靶材，靶材表层分子熔蒸后，在纯YAG单晶衬底上成膜，缓慢降至室温后即可得到高质量的Yb3+:GGG平面光波导。
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