在不斷優(yōu)化設(shè)備激光加熱系統(tǒng)，調(diào)整生長參數(shù)的基礎(chǔ)上，成功制備出直徑約0.2 mm長710 mm YbYAG單晶光纖，LHPG單晶光纖生長爐設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。該YbYAG單晶光纖長徑比＞3000，且直徑波動在±5%以內(nèi)，是迄今為止在國內(nèi)外見諸報道的同類單晶光纖中較高的長徑比，且表現(xiàn)出一定的可彎折柔韌特性，在機械性能上已具備光纖的特征。YbYAG晶體，具有尺寸大，缺陷密度低，利用率高，成本低等優(yōu)點。Yb3 + 離子摻雜YAG 晶體( Yb: YAG) 作為一種性能優(yōu)良的激光晶體已廣泛應(yīng)用于高效、高功率激光領(lǐng)域。高長徑比的YbYAG單晶光纖，展現(xiàn)出的柔性特征將有利于實現(xiàn)全固態(tài)、高緊湊性的高功率激光器件。四川大尺寸YbYAG晶體材料
真空氣氛下生長出的YbYAG晶體因存在色心呈藍綠色，1400℃退火后色心消失。對兩種晶體進行晶體結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明晶體中無雜相、品質(zhì)較好。腐蝕后形貌分析發(fā)現(xiàn)退火后晶體內(nèi)應(yīng)力釋放、到達表面的位錯增加，更易被腐蝕，表面粗糙度大、顯微鏡下腐蝕坑數(shù)量多。針對目前色心形成機理尚不明確的問題，探究900℃、1000℃、1100℃和1400℃不同溫度退火5小時以及900℃下5小時、10小時、20小時、30小時和40小時不同退火時間對晶體光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明近紅外區(qū)域900nm~1050nm范圍內(nèi)三處吸收峰一直存在，為YbYAG本征吸收峰，不同條件下只強度發(fā)生變化。北京溫梯法生長YbYAG晶體供應(yīng)YbYAG晶體或摻鐿釔鋁石榴石可輸出0.94 μm激光。
YbYAG激光晶體的高溫退火和高濃度摻雜效應(yīng)，測定了提拉法生長的不同摻雜濃度的YbYAG晶體從紫外到近紅外區(qū)的吸收光譜，發(fā)現(xiàn)高溫氧化氣氛退火后原先可見光區(qū)色心寬帶吸收消失的同時，在紫外區(qū)出現(xiàn)新的吸收帶，并通過色心的轉(zhuǎn)化對這一現(xiàn)象進行了解釋。在紫外區(qū)和近紅外區(qū)吸收光譜中，發(fā)現(xiàn)隨摻雜濃度的升高220 nm和940 nm附近的吸收帶的位置略有移動，提出是由于Yb3+離子摻雜引起的晶格結(jié)構(gòu)畸變導(dǎo)致了YbYAG晶體光譜性質(zhì)的改變。YbYAG與傳統(tǒng)的晶體相比具有更大的吸收帶寬,更長的上能級壽命。
YbYAG晶體的熱學(xué)性質(zhì)及其對激光性能的影響，對于中頻感應(yīng)加熱提拉法(Czochralski Method)生長的高摻雜濃度(原子數(shù)分數(shù)0.30)YbYAG晶體，經(jīng)退火后采用差示掃描量熱計法測量了晶體的比熱容，通過激光脈沖法測量了不同摻雜濃度(原子數(shù)分數(shù)0.05～0.30YbYAG晶體的熱擴散率和熱導(dǎo)率。實驗表明，隨著Yb3+離子濃度增加，YbYAG晶體在300 K溫度下的導(dǎo)熱性能有明顯的降低。原子數(shù)分數(shù)為0.30的YbYAG晶體的激光實驗表明，高摻雜濃度YbYAG晶體熱導(dǎo)率的降低導(dǎo)致了激光閾值的增加。YAG晶體生長時，通常充入高純度氮氣或氬氣等惰性氣體，用來保護銥金坩堝不被氧化損耗。
采用無膠鍵合(AFB)技術(shù)制備的晶體波導(dǎo)具有良好的模式限制作用。在考慮模式競爭的情況下，對晶體波導(dǎo)的單橫模條件進行計算，得出在芯層材料為原子數(shù)分數(shù)為1%的YbYAG，內(nèi)包層材料為原子數(shù)分數(shù)為0.5%的ErYAG中，芯層和內(nèi)包層的單橫模厚度范圍。計算結(jié)果表明芯層厚度上限可以增大為傳統(tǒng)計算結(jié)果的1.79倍，為同時實現(xiàn)大模場面積和單橫模輸出提供了理論支持。通過實驗制備出芯層尺寸為320μm×400μm的大芯層尺寸YbYAG晶體波導(dǎo)，并將該晶體波導(dǎo)作為增益介質(zhì)搭建了晶體波導(dǎo)激光器，得到了1030 nm激光輸出，其較高輸出功率為26W，斜率效率為31.5%，此時光束質(zhì)量因子為 Mx2=1。YbYAG晶體吸收線寬、熱導(dǎo)性能和機械性能好。新型YbYAG晶體參數(shù)
摻鐿釔鋁石榴石晶體是適合高平均功率和高光束質(zhì)量發(fā)射的激光材料。四川大尺寸YbYAG晶體材料
大芯層尺寸YbYAG晶體波導(dǎo)的設(shè)計，采用無膠鍵合(AFB)技術(shù)制備的晶體波導(dǎo)具有良好的模式限制作用。在考慮模式競爭的情況下，對晶體波導(dǎo)的單橫模條件進行計算，得出在芯層材料為原子數(shù)分數(shù)為1%的YbYAG，內(nèi)包層材料為原子數(shù)分數(shù)為0.5%的ErYAG中，芯層和內(nèi)包層的單橫模厚度范圍。計算結(jié)果表明芯層厚度上限可以增大為傳統(tǒng)計算結(jié)果的1.79倍，為同時實現(xiàn)大模場面積和單橫模輸出提供了理論支持。通過實驗制備出芯層尺寸為320μm×400μm的大芯層尺寸YbYAG晶體波導(dǎo)，并將該晶體波導(dǎo)作為增益介質(zhì)搭建了晶體波導(dǎo)激光器，得到了1030nm激光輸出，其較高輸出功率為26 W，斜率效率為31.5%，此時光束質(zhì)量因子為Mx2=1。四川大尺寸YbYAG晶體材料