一種激光承載及光束變換器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光承載及光束變換器件，其特征在于，所述器件包括采用SiC單晶材料的基底；所述基底包括相對設(shè)置的第一通光面和第二通光面；并且，在所述第一通光面和/或所述第二通光面上設(shè)置有激光薄膜。所述激光承載及光束變換器件，采用SiC單晶材料作為基底，并且在基底的通光面上設(shè)置相應(yīng)的激光薄膜，可以設(shè)置為激光反射鏡、激光曲面鏡、激光變形鏡及多波長激光合束光柵等實現(xiàn)對功率為數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦的高能強激光的有效承載、光束變換、波前畸變自適應(yīng)校正及多束子激光合束。
【專利說明】一種激光承載及光束變換器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高功率激光承載及光束變換器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近十余年來，近紅外波段固體激光技術(shù)已比較成熟，正在向高功率/超高功率(IOkff~IOOkW)和高光束質(zhì)量(近衍射極限)方向發(fā)展，以滿足軍事、工業(yè)和科研的重大需求。由于功率/能量升高，固體材料中的吸收、量子虧損等導(dǎo)致的熱效應(yīng)問題、非線性問題、損傷問題等，成為固體激光向高功率強激光發(fā)展的瓶頸。發(fā)展高綜合性能的固體激光材料是發(fā)展固體強激光的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，解決固體強激光中的熱效應(yīng)、非線性、損傷等科學(xué)問題的關(guān)鍵是發(fā)展大尺寸、極低吸收、高熱導(dǎo)、高光學(xué)性能與高均勻性的強激光關(guān)鍵材料。
[0003]強激光承載及光束變換材料是固體強激光系統(tǒng)中關(guān)鍵材料之一，其要求材料具備高熱導(dǎo)率、高透過率、高損傷、低熱膨脹系數(shù)、低熱變形系數(shù)、高光學(xué)均勻性及易加工等特點。特別是隨著激光功率的不斷提升，對承載材料提出了更為苛刻的要求。由于作用在目標(biāo)材料上的強激光束會使材料的特性和狀態(tài)發(fā)生變化，如溫升、膨脹、熔融、汽化、飛散、擊穿和破裂等，對材料的毀傷作用主要為熱作用破壞、力學(xué)破壞和輻射破壞。因此，強激光承載材料對材料的綜合性能提出了很高的要求。
[0004]目前可用的強激光承載材料主要包括Glass、YAG、A1203、Si和SiO2等，這些材料各有其優(yōu)缺點，其中SiO2材料由于其較好的綜合性能使得其成為應(yīng)用最多的材料之一。然而，SiO2材料由于其熱導(dǎo)率僅為1.3W ?π1.K—1，將嚴(yán)重制約其在高功率激光系統(tǒng)中的應(yīng)用，而且目前作為強激光承載及光束變換所需的高性能SiO2材料依然嚴(yán)重依賴于國外進(jìn)口，因而使得我國強激光系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展受到了極大限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何提供一種激光承載及光束變換器件，以實現(xiàn)對功率達(dá)數(shù)千瓦及數(shù)十千瓦級的高功率激光的有效承載和光束變換。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種激光承載及光束變換器件，所述器件包括采用SiC單晶材料的基底；所述基底包括相對設(shè)置的第一通光面和第二通光面；所述第一通光面和所述第二通光面均經(jīng)過光學(xué)拋光處理；并且，在所述第一通光面和/或所述第二通光面上設(shè)置有激光薄膜。
[0009]其中，所述基底采用6Η晶型SiC單晶材料、4Η晶型SiC單晶材料、2Η晶型SiC單晶材料、3C晶型SiC單晶材料或者15R晶型SiC單晶材料。
[0010]其中，所述第一通光面和/或所述第二通光面為方形平面或者矩形平面或者圓形平面或者圓形曲面。
[0011]其中，所述激光薄膜為設(shè)置在所述第一通光面或所述第二通光面上，對應(yīng)O至90度入射角激光的高反膜。
[0012]其中，所述激光薄膜為設(shè)置在所述第一通光面和所述第二通光面上，對應(yīng)O度入射角激光的增透膜。
[0013]其中，所述激光薄膜包括設(shè)置在所述第一通光面上對應(yīng)第一入射角激光并且實現(xiàn)O至100%反射率的反射膜，以及設(shè)置在所述第二通光面上對應(yīng)第二入射角激光的增透膜；或者，所述激光薄膜包括設(shè)置在所述第二通光面上對應(yīng)第一入射角激光并且實現(xiàn)O至100%反射率的反射膜，以及設(shè)置在所述第一通光面上對應(yīng)第二入射角激光的增透膜；其中，所述第一入射角介于O至90度，所述第二入射角等于所述第一入射角。
[0014]本發(fā)明還提供一種激光承載及光束變換器件，所述器件設(shè)置為激光變形鏡，包括SiC單晶材料的基底，所述基底包括設(shè)置第一通光面，并且在所述第一通光面設(shè)置有激光薄膜；在所述第一通光面相對的另一面通過壓電堆與底板連接。
[0015]其中，所述激光薄膜為對應(yīng)0° ±5°入射角激光的高反膜。
[0016]本發(fā)明還提供一種激光承載及光束變換器件，所述器件設(shè)置為多波長激光合束光柵，包括SiC單晶材料的基底，所述基底包括設(shè)置第一通光面和第二通光面，在所述第一通光面或第二通光面上刻蝕光柵條紋形成反射式或透射式光柵，并且在所述第一通光面或第二通光面設(shè)置相應(yīng)的對應(yīng)多波長激光的高反或增透激光薄膜。
[0017]其中，所述基底采用6H晶型SiC單晶材料、4H晶型SiC單晶材料、2H晶型SiC單晶材料、3C晶型SiC單晶材料或者15R晶型SiC單晶材料。
[0018](三)有益效果
[0019]本發(fā)明實施例所述激光承載及光束變換器件，采用SiC單晶材料作為基底，并且在基底的通光面上設(shè)置相應(yīng)的激光薄膜，基于SiC單晶材料在光、熱、機械等方面特有的優(yōu)異性能，可以實現(xiàn)對功率為數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦的激光的有效承載和光束變換。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例一所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實施例二所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實施例三及四所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明實施例五所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實施例六所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0026]SiC晶體作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體代表之一，具有熱導(dǎo)率高、擊穿場強高、禁帶寬度大、抗輻射能力強、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定好等優(yōu)秀的材料性質(zhì)，在微波大功率器件、高頻器件、耐高溫和抗輻射方面具有顯著的優(yōu)勢，是微電子、光電子、電力電子等高新技術(shù)以及國防工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)等支柱產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料。截至目前，人們對SiC晶體材料的研究和應(yīng)用都主要集中在半導(dǎo)體領(lǐng)域，從未在強激光領(lǐng)域得到應(yīng)用。然而SiC晶體表現(xiàn)出的優(yōu)良光學(xué)性能及熱學(xué)性能，特別是其極高的熱導(dǎo)性能，如6H-Sic晶體的熱導(dǎo)率高達(dá)490W.πm-1.m-1，比Glass和SiO2的熱導(dǎo)率高兩個數(shù)量級，從而使得其作為高功率激光承載及光束變換具有其它材料無法比擬的優(yōu)勢，同時，SiC晶體還表現(xiàn)出其他材料不可比擬的熱膨脹系數(shù)，精細(xì)加工的SiC表面可達(dá)到非常平整的程度，其表面粗糙度可達(dá)0.1nm及以下，另外理論上SiC晶體在可見到中遠(yuǎn)紅外波段均具有較高的透過率。本發(fā)明利用SiC晶體的上述優(yōu)良特性，將其應(yīng)用于數(shù)千瓦及數(shù)十千瓦級高功率激光的承載和光束變換領(lǐng)域。
[0027]實施例1
[0028]圖1是本發(fā)明實施例一所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述器件包括:基底110和激光薄膜121。
[0029]所述基底110采用6H晶型SiC單晶材料，長60mm，寬15mm，高3mm，通光孔徑為60mmX15mm。所述基底110的后部為第一通光面111,前部為第二通光面112。所述第一通光面111和所述第二通光面112均經(jīng)過光學(xué)拋光處理，表面粗糙度小于0.4nm，光潔度為10-5，平面度為 λ/10@632ηπι。[0030]所述激光薄膜121為對應(yīng)45度入射角的1064nm激光的高反膜，設(shè)置在所述第一通光面111的表面。
[0031]由于SiC材料具有極高的熱導(dǎo)率，高的損傷閾值及優(yōu)良的光學(xué)性能，因此所述器件可以有效實現(xiàn)對功率為數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦的近紅外1064nm激光光束方向的90度偏轉(zhuǎn)。
[0032]實施例2
[0033]圖2是本發(fā)明實施例二所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本實施例所述器件與實施例一所述器件基本相同，其不同之處僅在于:基底210采用3C晶型SiC單晶材料；所述基底210的第一通光面211和第二通光面212上分別設(shè)置有第一激光薄膜221和第二激光薄膜222 ;所述第一通光面211為平面，所述第二通光面212為水平方向曲率R=500mm的圓柱曲面，所述第一激光薄膜221和所述第二激光薄膜222為對應(yīng)O度入射角的808nm激光的增透膜。本實施例所述器件可以實現(xiàn)對功率為數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦的808nm激光光束的聚焦。
[0034]實施例3
[0035]圖3是本發(fā)明實施例三所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，本實施例所述器件與實施例一所述器件基本相同，其不同之處僅在于，基底310為圓形，直徑50mm，邊緣厚度為3mm。所述基底310的第一通光面311為曲率R=1000mm的圓曲面，第二通光面312仍然為平面。分別設(shè)置在所述第一通光面311表面的第一激光薄膜321和設(shè)置在所述第二通光面312表面的第二激光薄膜322采用對應(yīng)O度入射角的1064nm激光的增透膜。本實施例所述器件可以實現(xiàn)對功率為數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦的1064nm激光的光束聚焦
[0036]實施例4
[0037]本實施例所述器件與實施例三所述器件基本相同，其不同之處僅在于，基底采用4H晶型SiC單晶材料，第一通光面311及第二通光面312均為平面，只在所述基底的第一通光面311上設(shè)置激光薄膜；并且，所述激光薄膜為對應(yīng)45度入射角的氟化氫激光的高反膜。本實施例所述器件可以實現(xiàn)對功率為數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦的氟化氫激光光束方向的90度偏轉(zhuǎn)。
[0038]另外，本發(fā)明的所述激光薄膜還可能按照下述方式進(jìn)行設(shè)置:在所述基底的第一通光面311上設(shè)置對應(yīng)第一入射角激光并且實現(xiàn)O至100%反射率的反射膜，同時在所述第二通光面312上設(shè)置對應(yīng)第二入射角激光的增透膜；或者，
[0039]在所述第二通光面312上設(shè)置對應(yīng)第一入射角激光并且實現(xiàn)O至100%反射率的反射膜，同時在在所述第一通光面311上設(shè)置對應(yīng)第二入射角激光的增透膜；
[0040]其中，所述第一入射角介于O至90度，所述第二入射角等于所述第一入射角。
[0041]本發(fā)明實施例所述激光承載及光束變換器件，采用SiC單晶材料作為基底，并且在基底的通光面上設(shè)置相應(yīng)的激光薄膜，可以實現(xiàn)對功率為數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦的激光的有效承載和光束變換。
[0042]實施例5
[0043]圖4是本發(fā)明實施例五所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，所述器件設(shè)置為激光變形鏡，包括采用SiC單晶材料的變形鏡基底410，其包括設(shè)置第一通光面，并且在所述第一通光面設(shè)置有激光薄膜421 ;在所述第一通光面相對的另一面通過壓電堆430與底板440連接。變形鏡基底410采用6H晶型SiC單晶材料，直徑70mm，厚度為2mm，其上第一通光面設(shè)置對應(yīng)0° ±5°入射角的1064nm激光高反膜421，通過對壓電堆430的控制，快速改變激光變形鏡面面形形狀，從而改變光束波前，實現(xiàn)對激光光束波前畸變的校正。
[0044]由于SiC材料具有極高的熱導(dǎo)率，高的損傷閾值及優(yōu)良的光學(xué)性能，因此所述基于SiC單晶材料的變形鏡器件可以有效實現(xiàn)對功率為數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦的近紅外1064nm激光的波前畸變的校正。
[0045]實施例6
[0046]圖5是本發(fā)明實施例六所述激光承載及光束變換器件的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，所述器件設(shè)置為反射式三波長激光合束光柵，包括采用長50mm，寬30mm，高3mm，通光孔徑為50mmX30mm的6H晶型SiC單晶材料的光柵基底510，其包括設(shè)置第一通光面，在第一通光面上刻蝕光柵條紋形成反射式光柵，并在此光柵面上制備三波長1062nm及1065nm及1055nm的激光高反膜511，三束激光以不同的入射角經(jīng)光柵面反射后沿同一方向輸出實現(xiàn)空間合束。
[0047]由于SiC材料具有極高的熱導(dǎo)率，高的損傷閾值及優(yōu)良的光、熱及機械性能，因此所述基于SiC單晶材料的激光合束光柵具有高的溫度穩(wěn)定性、高的激光損傷性能及高的激光承載能力，可以有效實現(xiàn)多束高功率強激光的合束。
[0048]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種激光承載及光束變換器件，其特征在于，所述器件包括采用SiC單晶材料的基底；所述基底包括相對設(shè)置的第一通光面和第二通光面；并且，在所述第一通光面和/或所述第二通光面上設(shè)置有激光薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述基底采用6H晶型SiC單晶材料、4H晶型SiC單晶材料、2H晶型SiC單晶材料、3C晶型SiC單晶材料或者15R晶型SiC單晶材料。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一通光面和/或所述第二通光面為方形平面、矩形平面、圓形平面或者圓形曲面。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述激光薄膜為設(shè)置在所述第一通光面或所述第二通光面上，對應(yīng)O至90度入射角激光的高反膜。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述激光薄膜為設(shè)置在所述第一通光面和所述第二通光面上，對應(yīng)O度入射角激光的增透膜。
6.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述激光薄膜包括設(shè)置在所述第一通光面上對應(yīng)第一入射角激光并且實現(xiàn)O至100%反射率的反射膜，以及設(shè)置在所述第二通光面上對應(yīng)第二入射角激光的增透膜；或者， 所述激光薄膜包括設(shè)置在所述第二通光面上對應(yīng)第一入射角激光并且實現(xiàn)O至100%反射率的反射膜，以及設(shè)置在所述第一通光面上對應(yīng)第二入射角激光的增透膜； 其中，所述第一入射角介于O至90度，所述第二入射角等于所述第一入射角。
7.一種激光承載及光束變換器件，其特征在于，所述器件設(shè)置為激光變形鏡，包括SiC單晶材料的基底，所述基底包括設(shè)置第一通光面，并且在所述第一通光面設(shè)置有激光薄膜；在所述第一通光面相對的另一面通過壓電堆與底板連接。
8.如權(quán)利要求7所述的器件，其特征在于，所述激光薄膜為對應(yīng)0°±5°入射角激光的聞反月旲。
9.一種激光承載及光束變換器件，其特征在于，所述器件設(shè)置為多波長激光合束光柵，包括SiC單晶材料的基底，所述基底包括設(shè)置第一通光面和第二通光面，在所述第一通光面或第二通光面上刻蝕光柵條紋形成反射式或透射式光柵，并且在所述第一通光面或第二通光面設(shè)置相應(yīng)的對應(yīng)多波長激光的高反或增透激光薄膜。
10.如權(quán)利要求7或9所述的器件，其特征在于，所述基底采用6H晶型SiC單晶材料、4H晶型SiC單晶材料、2H晶型SiC單晶材料、3C晶型SiC單晶材料或者15R晶型SiC單晶材料。
【文檔編號】H01S3/042GK103513489SQ201210387934
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】彭欽軍, 楊峰, 袁磊, 袁鴻韜, 薄勇, 雷文強, 許祖彥 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所