Способ обработки монокристаллов гранатов Советский патент 1991 года по МПК C30B33/00 C30B29/28 

I

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

Целью изобретения является улучшение оптических свойств монокристалла и повышение его стойкости к лазерному излучению.

Способ осуществляют следующим образом.

Диэлектрический кристалл со структурой граната (УэА1гО,г-Ег } подвергают отжигу при 3QO-400°C в течение 4-5 ч, после чего осуществляют поли- ров-ку по крайней мере одной поверхности кристалла, перпендикулярно ко- торой воздействуют излучением твердотельного лазера с длиной волны в области спектральной прозрачности кристалла, длительностью излучения 10, и плотностью энергии от 5 Дж/ /см2 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, 1/0 и осуществляют лазерное облучение излучением твердотельного лазера с активным элементом алюмоит- триевого граната, легированного эрбием {YAG-Er3+), длительностью и плотностью энергии 5-10 Дж/ /смг. Так как твердотельные лазеры имеют ярко выраженную пичковую структуру излучения с длительностью отдельного пичка 0,1-0,5 мкс, то воздействие такого излучения на кристалл приводит к разогреву локальных частиц до высоких температур (порядка 1000- 3000°С), так как возникает нелинейное поглощение частиц, что соответственя

JO

Sto

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

Использование дп-я термообработки кристалла лазерного излучения с длительностью 1-10 м/с позволяет поддерживать температуру л/ 1000-3000°С в течение времени действия импульса ла- зерного излучения, достаточного, чтобы локальный дефект перешел в новое кристаллическое состояние, которое характеризуется меньшими локальными коэффици- ентами объемного поглощения и рассея- ния, что приводит к улучшению оптических свойств 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 о

300 С не приводит к положительному эффекту. Проведение отжига с температурой более 400°С нецелесообразно, из-за сложности высокотемпературных печей. Проведение отжига при темпера- туре порядка 1000°С и более приводит к выпаданию фазы УА1гОэ и т.д., к диффузии атомов, что в свою очередь приводит к образованию точечных дефектов типа F-центров, 02-вакансий и т.д.

Длительность импульса лазерного излучения, которым проводят обработ2 -а

ку, равна 10 -10 с и определяется экспериментально,

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 недоста- точно для локального разогрева частицы до высоких температур, необходимых для ее перевода в новое кристаллическое состояние.„

Плотность энергии меньше 5 Дяс/см не приводит к положительному эффекту при лазерной обработке, так как не

д

0

5

JQ

0

45

„

5

хватает энергии для разогрева локальных частиц. Верхняя граница определяется порогом разрушения оптического материала. Для данного кристалла она равна 10 Дж/смг.

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

Измерение 0 проводили с использова«J,J4

нием: YAG - No -лазера с с 10 с (1,06 мкм); YAG - Ј лазера с Ј„ 2- ft 2,94 мкм) .

В таблице приведены результаты измерения коэффициента поглощения монокристаллов, обработанных при различных режимах,

измерения показали, что величина оЈ после лазерной обработки уменьшается в 2-2,5 раза. Использование предлагаемого способа обработки диэлектрических кристаллов со структурой граната имеет следующие 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.

Формула изобретения

s

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 т- личающийся 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/см2).

-10 -10 10

Г5 ,-ъ

- 3

2 -10 1,5-10 1,2-10

Г3

-з

-5

10 10 10 10 10 10

Г3

-з

-3 -3 -3 - 3

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.