在現(xiàn)代軍事技術(shù)中，激光技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從最初的通信擴(kuò)展到測距、目標(biāo)識別、制導(dǎo)系統(tǒng)以及對抗系統(tǒng)等多個領(lǐng)域。特別是在需要眼安全、高穩(wěn)定性以及緊湊結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)場環(huán)境中，Er,Yb:glass +Co:Spinel 鍵合晶體激光器憑借其波長優(yōu)勢、能量穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活性，成為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ募す夥桨浮１疚膶⑾到y(tǒng)闡述該類激光器在國防領(lǐng)域中的具體應(yīng)用、技術(shù)優(yōu)勢及發(fā)展前景。

一、激光器基礎(chǔ)與鍵合晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

Er,Yb:glass是一種以鉺（Er3?）和鐿（Yb3?）共摻雜的磷酸鹽或硅酸鹽玻璃材料，主要發(fā)射波長集中在1535 nm，處于人眼安全范圍（>1400 nm）。這一波段不僅能夠避免對士兵或目標(biāo)人員視網(wǎng)膜造成永久性傷害，也能穿透薄霧、煙塵等復(fù)雜環(huán)境，具備很強(qiáng)的實戰(zhàn)適應(yīng)性。

Co:Spinel（Co:Spinel，Co2? 摻雜的 MgAl?O?）是一種具備寬帶吸收能力的非線性光學(xué)材料，能夠作為被動調(diào)Q器使用，實現(xiàn)無需主動調(diào)制的高峰值脈沖輸出。通過將Er,Yb:glass與Co:Spinel采用表面激活鍵合技術(shù)結(jié)合為一體結(jié)構(gòu)，既解決了玻璃熱導(dǎo)率低的問題，又集成了增益介質(zhì)和調(diào)Q元件，大幅提升系統(tǒng)穩(wěn)定性與集成度。

二、在軍事測距與目標(biāo)識別系統(tǒng)中的應(yīng)用

1. 激光測距儀（Laser Rangefinder）

1535 nm激光波長對人眼安全，適合近距離或中距離作戰(zhàn)中的手持激光測距儀。在坦克、裝甲車或無人戰(zhàn)車上安裝Er,Yb:glass + Co:Spinel鍵合晶體激光器系統(tǒng)，可對目標(biāo)快速、準(zhǔn)確測距，即使在人流密集區(qū)域或訓(xùn)練場地，也能安全操作。

此外，相比傳統(tǒng)1064 nm Nd:YAG激光器，1535 nm激光能減少敵方光學(xué)探測設(shè)備的反偵測概率，增強(qiáng)戰(zhàn)術(shù)隱蔽性。

2. 激光制導(dǎo)與目標(biāo)鎖定系統(tǒng)

在精確打擊武器中，激光制導(dǎo)是關(guān)鍵一環(huán)。1535 nm激光器適用于引導(dǎo)智能彈藥或無人機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行精確打擊。由于其穿透性強(qiáng)、散射小，即使在煙霧、塵土或復(fù)雜地形中也能保持較高指向穩(wěn)定性。

在多目標(biāo)場景中，短脈沖高峰值功率激光器還能實現(xiàn)目標(biāo)間的快速切換與精確識別，提升打擊效率。

三、在激光通信與戰(zhàn)場信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

1. 自由空間激光通信（Free Space Optical Communication）

Er,Yb:glass激光器在遠(yuǎn)距離、高保密性的戰(zhàn)術(shù)通信中具備突出優(yōu)勢。通過在車輛、艦艇或戰(zhàn)場指揮單元間部署光通信系統(tǒng)，可以在不依賴無線電頻率的情況下，實現(xiàn)高速、抗干擾的數(shù)據(jù)傳輸。

由于1535 nm波長在大氣窗口內(nèi)具有良好的傳輸性能，其通信系統(tǒng)不易被截獲和干擾，具備較高的信息安全等級，適用于野戰(zhàn)、前線指揮或無人平臺的數(shù)據(jù)回傳。

2. 與衛(wèi)星通信系統(tǒng)對接

在軍用衛(wèi)星地面站與戰(zhàn)場終端之間，通過使用穩(wěn)定的Er,Yb:glass激光輸出，可實現(xiàn)低損耗的數(shù)據(jù)上/下行傳輸，特別是在雷達(dá)或無線電信號受限的條件下，為戰(zhàn)場提供連續(xù)、安全的戰(zhàn)略信息支撐。

四、在激光對抗系統(tǒng)中的應(yīng)用

1. 非致命激光壓制與干擾

在特種作戰(zhàn)或維和任務(wù)中，可利用Er,Yb:glass激光器的眼安全特性，對敵方光學(xué)傳感器、夜視設(shè)備或光電探測系統(tǒng)進(jìn)行“致盲式”干擾。這種非致命打擊手段可在不造成人員傷害的前提下完成目標(biāo)壓制。

2. 高精度對抗引導(dǎo)系統(tǒng)

某些精密制導(dǎo)武器依賴激光回波信號定位目標(biāo)，部署高重復(fù)頻率的1535 nm激光器陣列，可用于模擬或干擾敵方引導(dǎo)系統(tǒng)，提高己方防御成功率。

五、系統(tǒng)集成與平臺適配性優(yōu)勢

由于Er,Yb:glass + Co:Spinel鍵合晶體結(jié)構(gòu)緊湊，熱管理性能良好，可方便集成于無人機(jī)、單兵背負(fù)系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)車載平臺中。在不同功率等級上，該激光器系統(tǒng)均能通過模塊化設(shè)計進(jìn)行快速部署，適應(yīng)多種戰(zhàn)術(shù)需求。

此外，該晶體結(jié)構(gòu)的光束質(zhì)量高（M2接近1.2），有利于遠(yuǎn)距離聚焦與高效傳輸，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)實戰(zhàn)性能。

六、發(fā)展前景與技術(shù)挑戰(zhàn)

雖然當(dāng)前Er,Yb:glass + Co:Spinel鍵合晶體激光器已經(jīng)在部分國防項目中獲得應(yīng)用，但其在大規(guī)模部署與系統(tǒng)整合方面仍面臨以下挑戰(zhàn)：

• 成本問題：高質(zhì)量鍵合晶體的制備工藝復(fù)雜，制造成本高；
• 穩(wěn)定性與抗沖擊性：需進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)材料以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的長期運(yùn)行；
• 波長拓展與功能集成：將來可通過Tm3?或Ho3?等離子共摻擴(kuò)展到2 μm波段，實現(xiàn)更廣泛頻段的激光對抗與通信功能。

結(jié)論

Er,Yb:glass + Co:Spinel鍵合晶體激光器憑借其出色的眼安全性、高峰值功率輸出、優(yōu)良的光束質(zhì)量與集成能力，正在成為新一代國防光電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著激光材料、晶體鍵合和系統(tǒng)集成技術(shù)的不斷進(jìn)步，該類激光器將在未來的現(xiàn)代戰(zhàn)爭和戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)中扮演更加核心的角色，助力國防科技向智能化、信息化邁進(jìn)。

Er,Yb:glass + Co:Spinel鍵合晶體激光器在國防領(lǐng)域的應(yīng)用最先出現(xiàn)在芯飛睿。

隨著激光技術(shù)與光電子器件在工業(yè)、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對激光材料的要求也日益提高。尤其在高功率、眼安全激光器及集成化光器件中，如何保證激光增益介質(zhì)與其他功能材料之間的高質(zhì)量結(jié)合，成為關(guān)鍵技術(shù)難題。CryLink產(chǎn)品頁面展示了一種基于表面激活鍵合技術(shù)制備Er,Yb:Glass+Co:spinel鍵合晶體的先進(jìn)方法，該方法在低溫條件下實現(xiàn)了高質(zhì)量的無機(jī)材料鍵合，為激光系統(tǒng)帶來了多方面的性能提升。

表面激活鍵合技術(shù)的原理

傳統(tǒng)的高溫鍵合技術(shù)常常需要在高溫環(huán)境下使不同材料熔融、擴(kuò)散，從而實現(xiàn)粘結(jié)。然而，高溫工藝容易導(dǎo)致熱應(yīng)力、晶格畸變以及界面雜質(zhì)殘留，嚴(yán)重影響器件的光學(xué)性能和使用壽命。表面激活鍵合技術(shù)則是一種在低溫或常溫條件下實現(xiàn)材料間直接鍵合的方法，其核心原理在于對材料表面進(jìn)行預(yù)處理，通過離子轟擊、等離子體清洗或化學(xué)活化等手段，將表面污染物、氧化層及拋光殘留物去除，同時引入活性位點或未飽和鍵。經(jīng)過這種激活處理后，將Er,Yb:glass與Co:spinel晶體在極低溫度下接觸，并施加一定壓力，促使兩種材料的原子在界面處重新排列、相互擴(kuò)散和形成共價鍵，從而實現(xiàn)牢固、純凈的無機(jī)鍵合。

Er,Yb:Glass與Co:spinel的材料優(yōu)勢

Er,Yb:Glass作為一種摻雜了鉺（Er）和鐿（Yb）的光學(xué)玻璃，具有出色的光學(xué)增益和能量轉(zhuǎn)移性能。Yb離子具有寬帶吸收特性，可高效吸收泵浦光能量并將其傳遞給Er離子，后者在合適條件下實現(xiàn)激光輻射，尤其適用于1.5μm波段的眼安全激光器。與此同時，Co:spinel晶體以其優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性、低熱膨脹系數(shù)以及特殊的磁光性質(zhì)，被廣泛用于被動Q開關(guān)和其他光調(diào)制應(yīng)用中。將Er,Yb:Glass與Co:spinel鍵合，不僅能在低溫下保證兩者界面的高質(zhì)量結(jié)合，還能充分發(fā)揮各自的光學(xué)和熱學(xué)優(yōu)勢，降低因溫度變化產(chǎn)生的界面應(yīng)力，提升整體器件的穩(wěn)定性和壽命。

表面激活鍵合的顯著優(yōu)勢

CryLink產(chǎn)品頁面詳細(xì)介紹了采用表面激活鍵合技術(shù)制備Er,Yb:Glass+Co:spinel鍵合晶體的多項優(yōu)勢，這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

• 低溫制備，減少熱應(yīng)力

表面激活鍵合技術(shù)在低溫或常溫條件下進(jìn)行，有效避免了高溫下傳統(tǒng)熔融鍵合中常見的熱應(yīng)力問題，從而使得制備的鍵合晶體內(nèi)部無明顯應(yīng)力集中，不會引起材料性能的下降或光學(xué)傳輸損耗。

• 界面純凈，吸收損耗極低

經(jīng)過嚴(yán)格的表面激活預(yù)處理后，Er,Yb:Glass與Co:spinel晶體之間的界面雜質(zhì)被大幅去除，從而實現(xiàn)了極高的鍵合純凈度。實驗表明，鍵合面吸收損耗通常低于20ppm，同時界面形貌變化極小（小于λ/8），為激光器提供了低損耗、高傳輸效率的關(guān)鍵保障。

• 工藝可控性強(qiáng)，適應(yīng)性廣

采用離子轟擊或等離子體清洗等技術(shù)，可精細(xì)調(diào)控表面激活參數(shù)，實現(xiàn)不同材料間的精確匹配。無論是玻璃與晶體、金屬與半導(dǎo)體之間的無機(jī)鍵合，還是復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)的制備，表面激活鍵合均能在較寬工藝窗口內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，大大提高了工藝的可靠性和重復(fù)性。

• 提高器件性能，延長使用壽命

通過低溫制備出的鍵合晶體，不僅保持了Er,Yb:Glass的高增益性能和Co:spinel的被動Q開關(guān)特性，還能在高功率激光器運(yùn)行中有效降低熱梯度，減少熱透鏡效應(yīng)。最終，這種高質(zhì)量的鍵合技術(shù)顯著提高了激光器的輸出穩(wěn)定性、光束質(zhì)量以及整體工作壽命。

應(yīng)用前景及未來發(fā)展

由于Er,Yb:Glass+Co:spinel鍵合晶體在低溫下實現(xiàn)了高質(zhì)量的無機(jī)鍵合，CryLink產(chǎn)品為激光系統(tǒng)提供了更高的能量轉(zhuǎn)換效率和更好的熱管理性能。這種技術(shù)在激光測距、激光雷達(dá)、光通信、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是在眼安全激光器領(lǐng)域，1.5μm波段的激光不僅符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)，還能在復(fù)雜環(huán)境下實現(xiàn)高精度遠(yuǎn)距離測量。

未來，隨著表面激活鍵合技術(shù)的不斷優(yōu)化和新型活性材料的引入，有望進(jìn)一步降低界面損耗、提高鍵合強(qiáng)度，并實現(xiàn)更多種類材料間的異質(zhì)集成。與此同時，通過對界面工程和工藝參數(shù)的深入研究，這一技術(shù)將為激光器小型化、集成化提供更為理想的解決方案，推動新一代高性能激光器和光電子器件的研發(fā)進(jìn)程。

結(jié)語

CryLink采用的表面激活鍵合技術(shù)突破了傳統(tǒng)高溫鍵合的諸多局限，以低溫工藝實現(xiàn)Er,Yb:Glass與Co:spinel晶體的無機(jī)鍵合，既保證了兩種材料原有性能的完整性，又大幅降低了界面吸收損耗和熱應(yīng)力，顯著提升了激光器的輸出穩(wěn)定性和使用壽命。正是這種技術(shù)優(yōu)勢，使得Er,Yb:Glass+Co:spinel鍵合晶體成為激光系統(tǒng)中不可或缺的核心部件之一。未來，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，表面激活鍵合技術(shù)必將在高功率激光器、光通信及其他高端光電子領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，為行業(yè)帶來更多創(chuàng)新與突破。

低溫高效的表面激活鍵合技術(shù) —— Er,Yb:Glass+Co:spinel鍵合晶體的制備與應(yīng)用最先出現(xiàn)在芯飛睿。

鍍膜技術(shù)在提升激光晶體性能方面至關(guān)重要。通過改善晶體表面的光學(xué)特性，鍍膜能夠減少能量損耗，穩(wěn)定激光運(yùn)行，并優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換效率（ECE）。對于 Er,Yb：Glass + Co:spinel 鍵合晶體而言，由于其特殊的光學(xué)需求和在高功率激光系統(tǒng)、光通信以及精密工業(yè)加工中的應(yīng)用，鍍膜顯得尤為重要。在這些應(yīng)用場景中，即使是微小的光學(xué)損耗也可能對整體性能產(chǎn)生顯著影響。

此外，鍍膜還能保護(hù)晶體表面免受濕氣、灰塵及機(jī)械損傷等環(huán)境因素的影響，從而延長系統(tǒng)的使用壽命并提高可靠性。通過應(yīng)用抗反射（AR）、高反射（HR）和部分反射（PR）鍍膜，Er,Yb:Glass在寬波長范圍內(nèi)的不同工作條件下均能實現(xiàn)卓越的性能。

本文從三個關(guān)鍵維度探討Er,Yb:glass與Co:spinel復(fù)合晶體的涂層技術(shù)：涂層種類、運(yùn)作機(jī)制及實際應(yīng)用場景。這些核心要點展示了先進(jìn)涂層技術(shù)如何在嚴(yán)苛光學(xué)環(huán)境中提升性能、延長使用壽命并增強(qiáng)功能多樣性。

2. Er,Yb:glass + Co:Spinel鍵合晶體的鍍膜類型

根據(jù)產(chǎn)品信息，Er,Yb:glass + Co:Spinel鍵合晶體常采用 抗反射鍍膜（AR）、高反射鍍膜（HR） 和 部分反射鍍膜（PR），每種鍍膜都有其特定的應(yīng)用功能。

• 抗反射鍍膜（AR）

AR 鍍膜的主要作用是減少表面反射損耗，提高光的透過率。

典型波長：AR@1535nm，該鍍膜針對 1535nm 激光波長進(jìn)行優(yōu)化，能夠最大程度減少晶體界面的反射，提高泵浦光和激光束的耦合效率，從而提升整體激光系統(tǒng)的性能。
技術(shù)特點：AR 鍍膜采用多層光學(xué)薄膜結(jié)構(gòu)，通過干涉效應(yīng)削弱特定波長的反射，確保高透過率。
應(yīng)用領(lǐng)域：廣泛用于 高功率激光器 以及 低損耗光通信設(shè)備。

• 高反射鍍膜（HR）

HR 鍍膜旨在使激光晶體的一端形成 高反射表面，從而增強(qiáng)腔內(nèi)的光能循環(huán)，提高激光增益。

典型配置：HR@1535nm + AR@940nm，其中 1535nm 端的HR鍍膜促進(jìn)激光振蕩，而 940nm 端的AR 鍍膜則用于減少泵浦光的反射損耗。
技術(shù)特點：HR 鍍膜通過 精確控制鍍膜厚度和折射率，在特定波長下實現(xiàn)近 100% 反射率，可針對多波段進(jìn)行優(yōu)化。
應(yīng)用領(lǐng)域：適用于全反射腔設(shè)計，特別是在高增益激光系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

• 部分反射鍍膜（PR）

PR 鍍膜通常用于激光諧振腔的 輸出耦合面，允許部分光子透過晶體表面形成激光輸出。

典型配置：PR@1535nm + HR@940nm，1535nm 端的PR鍍膜允許部分激光透射輸出，同時 940nm 端的 HR 鍍膜優(yōu)化泵浦光傳輸效率。
技術(shù)特點：PR 鍍膜通過精確調(diào)節(jié)反射率，在腔內(nèi)實現(xiàn)激光增益平衡，同時優(yōu)化輸出效率。
應(yīng)用領(lǐng)域：適用于高功率激光輸出或需要穩(wěn)定輸出功率的系統(tǒng)。

通過應(yīng)用這些鍍膜，Er,Yb:glass+Co:Spinel bonding晶體在各種工作條件和應(yīng)用場景中都能表現(xiàn)出色，例如 高功率激光器、雷達(dá)和光通信。

3.鍍膜技術(shù)的原理與工藝

光學(xué)薄膜的干涉原理

鍍膜技術(shù)基于光學(xué)薄膜的干涉效應(yīng)。通過在晶體表面 沉積高折射率和低折射率的交替薄膜層，可以精確調(diào)控界面的反射與透射特性。

抗反射鍍膜（AR）：利用 干涉效應(yīng) 降低特定波長的反射，提高透射率。
高反射鍍膜（HR）：通過 多層干涉效應(yīng) 增強(qiáng)特定波長的反射，實現(xiàn)高反射率。

鍍膜材料的選擇

常用的鍍膜材料包括 二氧化硅（SiO?）、二氧化鈦（TiO?） 和 氟化鎂（MgF?）。材料的組合依據(jù)波長范圍和應(yīng)用需求進(jìn)行優(yōu)化選擇。

鍍膜工藝流程

1. 真空蒸發(fā)（Vacuum Evaporation）：在真空環(huán)境中加熱材料，使其蒸發(fā)并沉積在晶體表面。
2. 電子束鍍膜（Electron Beam Coating）：利用電子束加熱材料，以提高鍍膜沉積的精度，適用于 高性能光學(xué)元件。
3. 離子束輔助鍍膜（Ion Beam-Assisted Coating）：利用離子束增強(qiáng)鍍膜層的 附著力和密度，提高 耐久性 和 環(huán)境穩(wěn)定性。

4. 鍍膜技術(shù)對 Er,Yb:glass + Co:spinel鍵合晶體激光性能的影響

降低光學(xué)損耗
AR 鍍膜能顯著減少晶體表面的反射損耗，使更多的泵浦光子和激光光子參與 激光增益過程。針對 1535nm 和 940nm 波長 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可最大程度提高泵浦光的利用率。

增強(qiáng)諧振腔穩(wěn)定性
HR鍍膜提供穩(wěn)定的高反射表面，防止由于反射不均勻?qū)е碌?腔損失，從而提高激光腔的穩(wěn)定性。
PR鍍膜精確控制激光輸出光子的數(shù)量，確保腔內(nèi)能量均勻分布，從而 穩(wěn)定激光輸出功率。

提高激光輸出效率
PR 鍍膜通過優(yōu)化輸出耦合面的反射率，在保證足夠腔內(nèi)激光增益的同時，實現(xiàn)高功率穩(wěn)定輸出。例如，1535nm 處的PR鍍膜在光纖激光器中表現(xiàn)出優(yōu)異的輸出特性。

拓寬應(yīng)用范圍
多波長鍍膜設(shè)計 使 Er,Yb:glass + Co:Spinel鍵合晶體不僅可用于通信波段（1535nm），還適用于高功率泵浦激光器(940nm)。這使其應(yīng)用擴(kuò)展至 光學(xué)放大器、生物醫(yī)學(xué)成像及精密工業(yè)加工等領(lǐng)域。

5. 結(jié)論與未來展望

應(yīng)用于 Er,Yb 玻璃 + Co:尖晶石鍵合晶體的鍍膜技術(shù)是提升激光性能的關(guān)鍵因素。通過精確設(shè)計和優(yōu)化 AR、HR 和 PR 鍍膜，可以有效減少光學(xué)損耗、提高諧振腔穩(wěn)定性，并最大化輸出效率。此外，鍍膜技術(shù)使晶體能夠在多波長范圍和復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。隨著鍍膜工藝的不斷發(fā)展，Er-Yb 晶體的性能將持續(xù)提升，為未來高端光學(xué)系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

鍍膜類型及其對Er,Yb:glass+Co:spinel鍵合晶體的有益影響最先出現(xiàn)在芯飛睿。

LIDAR是Light Detection And Ranging的縮寫， 它通常是通過向目標(biāo)照射一束脈沖激光來測了目標(biāo)的距離等參數(shù)。LIDAR（光探測和測距）技術(shù)在無人駕駛、遙感測繪、國防安全等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。測距儀作為LIDAR系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，要求激光器具備高效、穩(wěn)定的輸出特性。Er,Yb:glass + Co:spinel 鍵合晶體因其優(yōu)異的光學(xué)性能，成為LIDAR和測距儀中人眼安全激光源的理想選擇。

1. Er,Yb:glass 增益介質(zhì)和Co:spinel被動調(diào)Q特性

Er,Yb:glass（Er3?/Yb3?共摻磷酸鹽或硅酸鹽玻璃）是一種高效的1.5 μm人眼安全激光增益介質(zhì)，具有以下優(yōu)勢：

• 高效能量轉(zhuǎn)換：Yb3?在940 nm具有高吸收截面，并通過高效能量轉(zhuǎn)移（>90%）激發(fā)Er3?，最終實現(xiàn)1535 nm激光輸出。
• 高光-光轉(zhuǎn)換效率：可達(dá)~35%，優(yōu)于傳統(tǒng)Er:glass。
• 優(yōu)異的熱穩(wěn)定性：上能級壽命長（8–10 ms），適用于高能量脈沖輸出。高熱導(dǎo)率（1.2–1.5 W/m·K）降低熱應(yīng)力，提高光束質(zhì)量。
• 寬光譜增益：增益帶寬達(dá)60 nm（1500–1560 nm），支持可調(diào)諧輸出，如1535 nm（LIDAR）和1550 nm（光通信）。
• 高抗損傷性：損傷閾值達(dá)15 J/cm2，耐受高功率泵浦，適用于惡劣環(huán)境。

Co:spinel 作為可飽和吸收體（SA），用于被動調(diào)Q運(yùn)作，能夠產(chǎn)生高峰值功率的短脈沖輸出，使LIDAR系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、高分辨率測量。

2. LIDAR系統(tǒng)中的關(guān)鍵應(yīng)用

Er,Yb:glass + Co:spinel鍵合晶體在LIDAR和測距儀中的主要應(yīng)用包括：

• 無人駕駛激光雷達(dá)：1535 nm激光器提供高峰值功率，提升探測范圍和目標(biāo)識別能力，同時減少環(huán)境光干擾。
• 國防與軍事測距：人眼安全波長確保士兵操作安全，適用于戰(zhàn)場目標(biāo)定位、彈道測量等遠(yuǎn)距離測距任務(wù)。
• 地理測繪與環(huán)境監(jiān)測：1535 nm激光能穿透大氣中的煙霧和粉塵，提高LIDAR測繪精度，適用于城市建模、森林資源調(diào)查等領(lǐng)域。
• 大氣監(jiān)測與科學(xué)研究：該波長的高穿透性適用于氣象探測，如測量水汽分布、大氣污染物濃度等。

3. 1535 nm激光在人眼安全測距中的優(yōu)勢

LIDAR系統(tǒng)通常工作在近紅外波段，而1535 nm波長被認(rèn)為是人眼安全波長，符合IEC 60825標(biāo)準(zhǔn)。其安全性主要體現(xiàn)在：

• 生物安全性：1535 nm激光主要被角膜與晶狀體吸收，顯著降低視網(wǎng)膜損傷風(fēng)險（相較于1064 nm等短波長激光）。
• 大氣傳輸特性：在霧、雨等復(fù)雜環(huán)境中具有較高的透射率，且與熔融石英光纖（傳輸損耗<0.2 dB/km）兼容。
• 探測器兼容性：與InGaAs光電二極管（室溫響應(yīng)范圍900–1700 nm）高效匹配，提升系統(tǒng)信噪比。

4. 鍍膜技術(shù)優(yōu)化LIDAR性能

為了提高LIDAR系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，Er,Yb:glass + Co:spinel 鍵合晶體通常采用以下鍍膜技術(shù)：

• 增透膜（AR@1535nm）：減少激光在晶體界面的損耗，提高透射效率。
• 高反射膜（HR@1535nm + AR@940nm）：增強(qiáng)腔內(nèi)光循環(huán)，同時優(yōu)化泵浦光吸收。
• 部分反射膜（PR@1535nm）：優(yōu)化輸出耦合，提高系統(tǒng)的能量利用率。

通過精確控制薄膜層的厚度和折射率，鍍膜技術(shù)能夠有效降低光損耗，提高反射或透射性能。高質(zhì)量的增透膜減少腔內(nèi)光的反射損失，提高泵浦光利用率。高反射膜確保腔內(nèi)光能量有效循環(huán)，增強(qiáng)激光器的輸出穩(wěn)定性，而部分反射膜則可優(yōu)化激光輸出功率，提高LIDAR系統(tǒng)的探測能力。

5. 未來展望

隨著LIDAR技術(shù)的發(fā)展，對激光器的性能要求不斷提升。未來，Er,Yb:glass + Co:spinel 鍵合晶體的優(yōu)化方向可能包括：

• 提升泵浦效率：采用更高效的Yb3?能量傳遞機(jī)制，提高整體轉(zhuǎn)換效率。
• 優(yōu)化熱管理：開發(fā)更先進(jìn)的散熱結(jié)構(gòu)，減少熱透鏡效應(yīng)對光束質(zhì)量的影響。
• 精確鍍膜控制：通過納米級薄膜技術(shù)，進(jìn)一步降低光損耗，提高激光輸出穩(wěn)定性。

6. 結(jié)論

Er,Yb:glass + Co:spinel 鍵合晶體憑借其優(yōu)異的光學(xué)特性，在LIDAR和測距儀中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其在1535 nm人眼安全波長下的高效激光輸出、高峰值功率脈沖特性以及穩(wěn)定的光學(xué)性能，使其成為先進(jìn)測距和遙感系統(tǒng)的理想選擇。此外，該材料在惡劣環(huán)境下的可靠性使其適用于軍事、航空航天和精密測量等多個領(lǐng)域。

未來，隨著鍍膜技術(shù)、熱管理和材料工程的進(jìn)一步優(yōu)化，Er,Yb:glass + Co:spinel 鍵合晶體的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。新型材料的研究和制造工藝的改進(jìn)將推動更高效、更穩(wěn)定的激光器開發(fā)，滿足不斷增長的高精度測距與探測需求。

Er,Yb:glass + Co:spinel 鍵合晶體在LIDAR與測距儀中的應(yīng)用最先出現(xiàn)在芯飛睿。

1535nm波長在大氣傳輸窗口中占據(jù)了重要的戰(zhàn)略位置，因其能夠?qū)⒋髿馕蘸蜕⑸浣抵磷畹停瑥亩_保激光在長距離傳輸中的穩(wěn)定性和高效率。這一波長還處于對人眼安全的光譜范圍，因此在實際應(yīng)用中非常受歡迎，特別是在測距儀和激光雷達(dá)系統(tǒng)中，能夠兼顧高性能和安全性。此外，1535nm波長以其卓越的能量效率和光束質(zhì)量著稱，這使得它在光通信和高精度儀器中發(fā)揮了不可替代的作用。無論是用于遠(yuǎn)距離信號傳輸還是精密測量，該波長都表現(xiàn)出了極高的適用性和可靠性，為現(xiàn)代光電技術(shù)的快速發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ)。

二、鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體用于1535nm 激光的優(yōu)勢

• 無縫材料集成： Er, Yb glass（鉺玻璃）和 Co: spinel（鈷尖晶石）鍵合技術(shù)可形成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，從而提高 1535nm 激光系統(tǒng)的導(dǎo)熱性、機(jī)械穩(wěn)定性和光學(xué)效率。
• 增強(qiáng)泵浦和增益效率：鉺玻璃提供了高光學(xué)增益，而鐿離子改善了能量傳遞，顯著提高了系統(tǒng)的泵浦效率。
• 使用鈷尖晶石實現(xiàn)被動調(diào)Q：鈷尖晶體為無源 Q 開關(guān)提供了可飽和吸收特性，從而實現(xiàn)了緊湊的激光設(shè)計和高峰值功率輸出。
• 降低光損耗，提高穩(wěn)定性： 鍵合界面最大程度地減少了能量損耗，優(yōu)化了光學(xué)特性的對準(zhǔn)，并確保了在高功率條件下的可靠運(yùn)行。

三、 鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體1535nm激光器的應(yīng)用

由 Er,Yb glass+ Co: spinel鍵合晶體增強(qiáng)的 1535nm 激光系統(tǒng)在各行各業(yè)都顯示出顯著的優(yōu)勢。在軍事測距中，鉺玻璃可提供高光學(xué)增益和泵浦效率，而 鈷尖晶石可實現(xiàn)無源 Q 開關(guān)，從而實現(xiàn)高精度和遠(yuǎn)距離能力。它的護(hù)眼特性確保了在復(fù)雜環(huán)境中的可靠性能。在自動駕駛激光雷達(dá)（LiDAR）中，鍵合晶體具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和低光學(xué)損耗，可提高激光輸出質(zhì)量，實現(xiàn)高分辨率 3D 成像和更可靠的導(dǎo)航。在醫(yī)療診斷中，鉺玻璃結(jié)合鈷尖晶石的鍵合晶體的卓越熱管理可最大限度地減少熱透鏡，增強(qiáng)組織穿透性和生物相容性。這使其成為非侵入性診斷、皮膚治療和手術(shù)輔助的理想選擇。這些特性極大地提高了系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和使用壽命，鞏固了其作為跨領(lǐng)域高性能解決方案的地位。

四、鉺玻璃激光器與鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體激光器的比較

鉺玻璃激光器和Er,Yb glass+Co:spinel激光器針對不同的應(yīng)用顯示出不同的特性和性能優(yōu)勢：

• 能效和泵浦要求： 標(biāo)準(zhǔn)鉺玻璃激光器完全依賴鉺離子提供的光學(xué)增益，需要高功率泵浦源才能實現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換。相比之下，添加鈷尖晶石晶體后，可引入無源 Q 開關(guān)功能，即使在較低的泵浦能量條件下，也能優(yōu)化能量利用和實現(xiàn)高峰值功率輸出。
• 脈沖輸出和光束質(zhì)量： 由于鈷尖晶石的可飽和吸收特性，鉺玻璃+鈷尖晶石激光器可提供卓越的光束質(zhì)量和更短的高能量脈沖。這在激光雷達(dá)和測距等對精度要求極高的應(yīng)用中尤為有利。而標(biāo)準(zhǔn)鉺玻璃激光器則更適合連續(xù)波或低能量脈沖應(yīng)用。
• 熱管理和穩(wěn)定性： 鉺玻璃與鈷尖晶石的結(jié)合提高了導(dǎo)熱性，最大限度地減少了光學(xué)損耗，降低了工作過程中的熱透鏡效應(yīng)。與獨(dú)立的鉺玻璃激光器相比，這種激光器的輸出更穩(wěn)定，使用壽命更長。
• 應(yīng)用范圍： 鉺玻璃激光器在光通信和醫(yī)療診斷等低能量應(yīng)用中表現(xiàn)出色，而鉺玻璃+鈷尖晶石配置則是需要高峰值功率和精確脈沖調(diào)制的高性能系統(tǒng)的理想選擇，例如軍用測距儀和先進(jìn)的激光雷達(dá)系統(tǒng)。

通過結(jié)合鉺玻璃和鈷尖晶石的優(yōu)勢，后者提供了更高的性能和多功能性，解決了傳統(tǒng)鉺玻璃激光器在苛刻環(huán)境中的局限性。

五. 結(jié)論與展望

鉺玻璃+鈷尖晶石鍵合晶體的集成徹底改變了 1535nm 激光系統(tǒng)，在能效、光束質(zhì)量、熱管理和穩(wěn)定性方面具有無與倫比的優(yōu)勢。這項技術(shù)提高了激光器在軍事測距、自動駕駛激光雷達(dá)和醫(yī)療診斷等各種應(yīng)用中的性能。鉺玻璃的高光學(xué)增益與鈷尖晶石的無源 Q 開關(guān)功能相結(jié)合，創(chuàng)造出一種穩(wěn)健、高性能的解決方案，可滿足現(xiàn)代工業(yè)的苛刻要求。
展望未來，鍵合技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如表面活性鍵合的優(yōu)化，有望進(jìn)一步降低光學(xué)損耗和改善熱管理。此外，探索新型材料和混合晶體設(shè)計可以擴(kuò)大這些系統(tǒng)的工作帶寬和效率。隨著全球?qū)Ω呔取⒏吣苄Ъす庀到y(tǒng)的需求不斷增長，鉺玻璃+鈷尖晶石配置有望在塑造未來激光技術(shù)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，為量子傳感、先進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)和太空探索等尖端領(lǐng)域帶來新的可能性。

1535nm激光結(jié)合鉺玻璃+鈷尖晶石（Er,Yb glass+Co:spinel)鍵合晶體的技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用前景最先出現(xiàn)在芯飛睿。

什么是YCOB？

定義

YCOB 晶體的化學(xué)式為 YCa?O(BO?)?，屬于單斜雙軸負(fù)晶系。它們具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，其中的 BO? 基團(tuán)具有很高的非線性光學(xué)效率。結(jié)構(gòu)中鈣和釔的結(jié)合使 YCOB 晶體具有低吸濕性和卓越的熱機(jī)械穩(wěn)定性。

特性

• 廣泛的透明度范圍： 從紫外線（約 200 nm）到中紅外線（約 4 μm）。
• 高熱穩(wěn)定性： 在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的光學(xué)性能。
• 卓越的機(jī)械性能： 高硬度和抗開裂性，是高功率激光應(yīng)用的理想材料。
• 高非線性光學(xué)系數(shù)： 與 LBO 晶體相當(dāng)或超過 LBO 晶體。
• 吸濕性低： 與其他硼酸鹽晶體相比，具有更強(qiáng)的抗環(huán)境濕度能力。

YCOB 的應(yīng)用

頻率轉(zhuǎn)換

YCOB 晶體廣泛用于將 Nd:YAG 激光器的基波（1064 nm）轉(zhuǎn)換為 532 nm 的綠光，適用于科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用。

光參量放大 (OPA)

YCOB 晶體在高能激光系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，可有效產(chǎn)生滿足精確光譜要求的可調(diào)諧光源。

高能激光系統(tǒng)

YCOB 晶體特別適用于高功率激光系統(tǒng)。例如，在要求高重復(fù)率和峰值功率的應(yīng)用中，YCOB 的熱容性和寬角度接受能力可顯著提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。實驗表明，使用布里奇曼方法生長的 YCOB 晶體的二次諧波轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 70.2%，與傳統(tǒng)的 LBO 晶體相當(dāng)。

精密激光應(yīng)用

YCOB 晶體已成功應(yīng)用于醫(yī)療美容和工業(yè)打標(biāo)的綠色微型激光器中。它們在 527 nm 和 532 nm 波長轉(zhuǎn)換時性能穩(wěn)定，非常適合需要高精度和高穩(wěn)定性的應(yīng)用場合。

如何使用 YCOB？

晶體選擇

YCOB 晶體的生長可采用提拉法（Czochralski）或布里奇曼法（Bridgman）方法。研究表明，布里奇曼法可以生產(chǎn)出光學(xué)質(zhì)量更高的大晶體，適用于大孔徑應(yīng)用。

溫度調(diào)諧

YCOB 晶體在很寬的溫度范圍內(nèi)（超過 200°C）都能保持很高的頻率轉(zhuǎn)換效率。實驗表明，YCOB 晶體隨溫度變化的效率斜率小于 -0.06%/°C，明顯優(yōu)于 LBO 晶體。這一特性使它們在溫度波動的環(huán)境中非常有效。

性能優(yōu)化

• 相位匹配：選擇適當(dāng)?shù)那懈罱嵌龋ㄈ?θ = 31° 和 φ = 180°），以實現(xiàn)最佳相位匹配。
• 光束質(zhì)量： 通過調(diào)整光束聚焦條件（如焦距和光斑大小）提高轉(zhuǎn)換效率。
• 表面處理： 使用具有防反射涂層的晶體，以盡量減少反射損失。

YCOB 的優(yōu)勢

與 LBO 晶體的比較

• 非線性系數(shù)： YCOB的非線性系數(shù)略高于 LBO。
• 熱穩(wěn)定性： YCOB的熱耐受性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 LBO。
• 損壞閾值： 在高功率應(yīng)用中，YCOB 具有更高的抗光損傷能力。

與 BBO 晶體的比較

• 非線性系數(shù)： YCOB 和 BBO 在 800 nm 左右的增益帶寬方面不相上下，但 YCOB 的溫度接受范圍更廣，熱導(dǎo)率更高。
• 大晶體生長： BBO 晶體僅限于較小的孔徑（通常為幾厘米），而 YCOB 可以生長到 100 毫米的孔徑，因此適用于高能激光應(yīng)用。

與 DKDP 晶體的比較

• 熱穩(wěn)定性： YCOB 具有優(yōu)異的熱機(jī)械性能和較低的熱膨脹系數(shù)，而 DKDP 則具有較強(qiáng)的吸濕性和較差的熱性能，這限制了其在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。
• 增益帶寬：DKDP 可在高氘化水平下提供更寬的增益帶寬，但 YCOB 具有更高的熱穩(wěn)定性和損壞閾值，因此更適合高重復(fù)率應(yīng)用。

大晶體的可行性

通過布里奇曼方法生長的 YCOB 晶體可以實現(xiàn)大尺寸和大孔徑，使其成為光參量放大和高能激光系統(tǒng)的理想選擇。

結(jié)論

YCOB 晶體具有優(yōu)異的非線性光學(xué)特性和熱穩(wěn)定性，在激光頻率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域大有可為。它們在高功率和苛刻條件下的穩(wěn)定性為現(xiàn)代激光技術(shù)提供了更多可能性。隨著制造技術(shù)的不斷提高，YCOB 晶體有望在科學(xué)研究、工業(yè)應(yīng)用和醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用。

FAQs

• Q1. 什么是 YCOB 晶體？
  YCOB 是一種硼酸釔鈣非線性光學(xué)晶體，廣泛用于激光頻率轉(zhuǎn)換和高功率激光系統(tǒng)。
• Q2. YCOB 與其他非線性晶體相比有何優(yōu)勢？
  YCOB 具有高熱穩(wěn)定性、寬透明度范圍和低吸濕性，是 LBO 和 DKDP 等晶體的理想替代品。
• Q3. YCOB 晶體的典型應(yīng)用是什么？
  它們可用于綠激光、光學(xué)參量放大、醫(yī)療美容和工業(yè)標(biāo)識。
• Q4. 如何優(yōu)化 YCOB 晶體的頻率轉(zhuǎn)換性能？
  通過調(diào)整切割角度、選擇適當(dāng)?shù)臏囟确秶蛢?yōu)化光束聚焦條件。

參考文獻(xiàn)

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YCOB晶體及其應(yīng)用最先出現(xiàn)在芯飛睿。

在中國北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究所進(jìn)行的研究中，通過無膠鍵合技術(shù)，在Er,Yb:Glass的四側(cè)鍵合Co:glass，制作了LD側(cè)面泵浦Er,Yb:Glass波導(dǎo)被動調(diào)Q激光器有效抑制了放大自發(fā)輻射（ASE）效應(yīng)，并提高了激光器的單脈沖能量輸出。這項技術(shù)展示了Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體在提高激光器性能方面的應(yīng)用。此外還發(fā)布了1.5微米波長熱鍵和復(fù)合激光晶體制備方法與流程：這項技術(shù)涉及Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體的制備，通過特殊的鍵合技術(shù)改善了晶體的熱效應(yīng)和激光泵浦時的熱透鏡效應(yīng)，提升了激光的光束質(zhì)量和輸出效率我們公司生產(chǎn)的Glass+Er,Yb:glass+Co:spinel鍵合晶體，通過表面活化鍵合技術(shù)，實現(xiàn)了高鍵合強(qiáng)度和低吸收損耗，并提升了激光器的輸出能力和穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于測距儀、雷達(dá)和目標(biāo)識別等領(lǐng)域。

二、Er,Yb:Glass+Co:Spinel存在的優(yōu)點

1. 改善熱效應(yīng)和降低熱透鏡效應(yīng)

Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體通過在Er,Yb:glass兩端鍵合Glass和Co:spinel，有效改善了晶體的熱效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計降低了激光泵浦時形成的熱透鏡效應(yīng)，這對于高功率激光器來說至關(guān)重要，因為它可以減少光束的畸變，提高激光器的穩(wěn)定性和可靠性。

2. 吸收帶寬和熒光壽命

Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體具有寬廣的吸收帶寬和較長的熒光壽命。這意味著晶體可以更有效地吸收泵浦光，并將能量存儲更長時間，從而提高激光輸出效率和能量轉(zhuǎn)換效率。

3. 光學(xué)質(zhì)量和斜率效率

該鍵合晶體因其高光學(xué)質(zhì)量和斜率效率高而受到青睞。高光學(xué)質(zhì)量保證了光束的純凈度和穩(wěn)定性，而高斜率效率則意味著在較低的泵浦功率下就能實現(xiàn)較高的激光輸出，這對于節(jié)能和降低運(yùn)行成本具有重要意義。

4. 光束質(zhì)量的提升

Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體能夠改善激光的光束質(zhì)量，這對于精確的工業(yè)加工、醫(yī)療治療和科研測量等領(lǐng)域至關(guān)重要。高質(zhì)量的光束可以減少材料加工過程中的熱影響區(qū)域，提高治療的精確度和科研測量的準(zhǔn)確性。

5. 提升激光器的輸出能力和穩(wěn)定性

通過鍵合技術(shù)，Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體提升了激光器的輸出能力和穩(wěn)定性。這對于需要長時間連續(xù)運(yùn)行的激光器系統(tǒng)尤為重要，因為它們可以在不犧牲性能的情況下，實現(xiàn)更長時間的穩(wěn)定運(yùn)行。

6. 延長激光器使用壽命

由于鍵合晶體的高鍵合強(qiáng)度和低吸收損耗，Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體能夠顯著延長激光器的使用壽命。這對于降低維護(hù)成本和提高系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)效益具有顯著影響。

7. 表面活化鍵合技術(shù)：低溫下的高強(qiáng)度結(jié)合

Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體采用表面活化鍵合技術(shù)，這是一種在低溫或常溫下進(jìn)行的鍵合技術(shù)。與傳統(tǒng)的高溫?zé)徭I合方法相比，表面活化鍵合技術(shù)具有更高的結(jié)合力界面，更優(yōu)的光吸收損耗和面形變化控制，同時還能去除各種拋光殘留成分、有機(jī)污染物和表面氧化層，提升活化能。

8. 多樣化的應(yīng)用

Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體廣泛應(yīng)用于測距儀、雷達(dá)和目標(biāo)識別等領(lǐng)域。這種廣泛的應(yīng)用范圍證明了其在不同領(lǐng)域中的實用性和高效性。

三、Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體存在的應(yīng)用

Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體在工業(yè)加工中的具體應(yīng)用主要包括以下幾個方面：

1、激光測距：Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體因其在1.5微米波長附近實現(xiàn)激光輸出的能力，被廣泛應(yīng)用于激光測距領(lǐng)域。這種晶體能夠有效改善熱效應(yīng)和降低熱透鏡效應(yīng)，從而提高測距的準(zhǔn)確性和可靠性。

2、激光雷達(dá)（LiDAR）：在激光雷達(dá)技術(shù)中，這種鍵合晶體因其高穩(wěn)定性和優(yōu)秀的光束質(zhì)量而被使用。它可以在高功率激光應(yīng)用中有效減少熱透鏡效應(yīng)，這對于提高激光雷達(dá)的測量精度和距離至關(guān)重要。

3、目標(biāo)識別：Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體也用于目標(biāo)識別領(lǐng)域，尤其是在軍事和安全領(lǐng)域。其高光學(xué)質(zhì)量和高斜率效率使得激光器能夠提供清晰、穩(wěn)定的光束，這對于目標(biāo)的準(zhǔn)確識別和跟蹤非常重要。

4、光纖通信：由于1.5微米波長屬于大氣窗口，且對人眼安全，Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體也被用于光纖通信領(lǐng)域，尤其是在需要高功率和高穩(wěn)定性激光信號傳輸?shù)膽?yīng)用中。

5、工業(yè)切割和焊接：這種晶體由于其高輸出效率和穩(wěn)定性，也被用于工業(yè)切割和焊接領(lǐng)域。它可以提供高質(zhì)量的激光光束，這對于精確的工業(yè)加工任務(wù)來說是必不可少的。

6、醫(yī)療和科研：Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體因其高光學(xué)質(zhì)量和長熒光壽命，也被用于醫(yī)療治療和科研測量等領(lǐng)域，尤其是在需要高功率和高穩(wěn)定性激光器的場合。

四、結(jié)論

Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體以其卓越的性能和廣泛的應(yīng)用，成為了光學(xué)和激光技術(shù)領(lǐng)域的一個重要組成部分。其在改善熱效應(yīng)、提升光束質(zhì)量、增加激光器穩(wěn)定性和延長使用壽命等方面的優(yōu)勢，使其成為了現(xiàn)代高科技應(yīng)用的理想選擇。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們可以預(yù)見，Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體將在未來的光學(xué)和激光應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。

Er,Yb:Glass+Co:Spinel鍵合晶體的優(yōu)勢最先出現(xiàn)在芯飛睿。

鉺玻璃與鈷尖晶石的高溫鍵合技術(shù)通過分子級結(jié)合整合材料優(yōu)勢，顯著減少界面光學(xué)損耗，簡化激光器封裝并降低體積。該技術(shù)提升激光能量傳遞效率，具備更高機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性。以超光滑拋光、無結(jié)合劑光膠處理和精確溫控?zé)Y(jié)為核心，確保界面牢固與光學(xué)性能。鍵合晶體在小型化激光器、激光通信和精密醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為高性能激光系統(tǒng)發(fā)展提供技術(shù)支持。

一、高溫鍵合技術(shù)的原理

高溫鍵合通過高溫擴(kuò)散和表面微熔，將鉺玻璃與鈷尖晶石晶體緊密結(jié)合，形成分子級結(jié)合。材料表面經(jīng)過超光滑拋光和清潔處理，確保無缺陷后，在真空環(huán)境下緩慢升溫至520–540℃，并恒溫一定時間，最終通過精確降溫完成鍵合。這種無結(jié)合劑的工藝有效消除了界面的光學(xué)損耗，提高了結(jié)合強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。

技術(shù)優(yōu)勢：

1.減少光學(xué)損耗：無空氣間隙或結(jié)合劑層，使光能量在界面?zhèn)鬟f時損耗降至最低。
2.提高結(jié)合強(qiáng)度：分子級結(jié)合大幅提升機(jī)械和熱應(yīng)力下的牢固性。
3.增強(qiáng)穩(wěn)定性：精確溫控避免熱膨脹應(yīng)力，提高界面耐久性。
4.簡化封裝：鍵合結(jié)構(gòu)減小了激光器的體積，簡化封裝過程

適用材料：

• 鉺玻璃：摻鉺（Er3?）和鐿（Yb3?），作為增益介質(zhì)放大1.54微米的激光。
• 鈷尖晶石：摻鈷（Co2?），作為調(diào)Q開關(guān)調(diào)節(jié)激光脈沖。

通過高溫鍵合，鉺玻璃的光放大功能與鈷尖晶石的脈沖調(diào)控功能高度集成，提升了激光器的性能和小型化設(shè)計。

二、鉺玻璃與鈷尖晶石高溫鍵合技術(shù)的工藝流程

準(zhǔn)備材料：選擇鉺玻璃和鈷尖晶石，分別作為增益介質(zhì)和調(diào)Q開關(guān)的材料。

拋光表面：對鉺玻璃和鈷尖晶石的表面進(jìn)行精細(xì)拋光，使其非常光滑，達(dá)到專業(yè)的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

清潔材料：使用特殊清洗方法去除表面殘留的雜質(zhì)，確保材料干凈。

組合材料：將鉺玻璃和鈷尖晶石貼合在一起，形成一個初步的結(jié)合體，并檢查表面是否干凈無氣泡或雜質(zhì)。

燒結(jié)處理：將結(jié)合好的材料放入一個真空環(huán)境下的高溫爐中，按照特定的溫度程序加熱和冷卻：

1. 緩慢升溫到200°C，恒溫一段時間。
2. 再升溫到520–540°C，保持較長時間以完成結(jié)合。
3. 最后緩慢降溫到室溫，防止熱應(yīng)力導(dǎo)致?lián)p傷。

完成晶體：取出結(jié)合后的晶體，經(jīng)過后續(xù)測試和處理，就能得到一個高效的復(fù)合晶體。

三、高溫鍵合技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢

優(yōu)勢

結(jié)合強(qiáng)度高：
高溫鍵合技術(shù)通過分子級結(jié)合，使材料界面更加牢固。相比低溫鍵合或光膠技術(shù)，高溫鍵合在應(yīng)對熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力方面表現(xiàn)更出色，適合在嚴(yán)苛環(huán)境下使用。

界面光學(xué)性能優(yōu)異：
高溫鍵合避免了結(jié)合劑的使用，減少了界面的光學(xué)損耗和激光吸收問題，使激光能量傳遞效率更高，光學(xué)性能更穩(wěn)定。

耐久性強(qiáng)：
通過高溫擴(kuò)散和精確溫控，鍵合界面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性顯著提升，具備長期耐用性，適合激光器在復(fù)雜環(huán)境中的持續(xù)應(yīng)用。

適用于小型化設(shè)計：
高溫鍵合形成的一體化晶體減少了器件的封裝復(fù)雜度和體積，滿足了激光器小型化和集成化的需求

劣勢

工藝復(fù)雜：
高溫鍵合需要精確的溫控和真空環(huán)境，同時材料表面需達(dá)到極高的拋光和清潔要求，增加了工藝復(fù)雜度

熱膨脹系數(shù)匹配難度大：
鉺玻璃與鈷尖晶石等異質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)不同，在高溫環(huán)境下易產(chǎn)生熱應(yīng)力，如果升溫或降溫速度控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致界面開裂或損傷。

設(shè)備要求高：
需要專用的真空燒結(jié)設(shè)備以及精準(zhǔn)的溫控系統(tǒng)，設(shè)備成本較高，對工藝操作人員的技能要求也較高。

材料限制:
并非所有材料都適合高溫鍵合，例如熱敏感材料在高溫條件下容易失去性能或結(jié)構(gòu)完整性。

高溫鍵合技術(shù)在光學(xué)性能、機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢，是提升激光器性能的重要手段。然而，其較高的工藝難度和成本限制了其廣泛應(yīng)用，尤其在某些對成本敏感或?qū)に嚭啽阈砸蟾叩膱鼍跋拢赡芨鼉A向于使用其他鍵合方法。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

鉺玻璃與鈷尖晶石晶體的高溫鍵合技術(shù)在多個激光領(lǐng)域展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景，其結(jié)合后的高性能和小型化特點為以下領(lǐng)域提供了顯著優(yōu)勢：

• 激光醫(yī)療：用于非侵入性手術(shù)，如眼科治療、皮膚美容以及其他精準(zhǔn)激光醫(yī)療設(shè)備。其1.54微米的人眼安全激光特性使其在美容設(shè)備和組織修復(fù)中應(yīng)用廣泛

• 激光通信：在光纖通信中，鉺玻璃作為光放大器的核心材料，結(jié)合鈷尖晶石的脈沖調(diào)控功能，提高了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和效率。廣泛用于光纖放大器和光信號調(diào)制設(shè)備。

• 國防與科研：用于激光雷達(dá)和激光測距儀，實現(xiàn)高精度的目標(biāo)定位和測量。應(yīng)用于艦載、機(jī)載以及火炮系統(tǒng)的測距儀，同時支持科研實驗中的精密光學(xué)測試。

通過高溫鍵合形成的一體化晶體，為激光器的小型化、高性能和多功能性奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，尤其在需要高可靠性和高效能的應(yīng)用場景中具有重要價值。

五、總結(jié)

鉺玻璃與鈷尖晶石的高溫鍵合技術(shù)通過分子級結(jié)合，顯著提升了晶體的光學(xué)性能、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)分離式封裝結(jié)構(gòu)的局限。通過高溫擴(kuò)散和精密控制的溫度程序，該技術(shù)實現(xiàn)了材料間緊密結(jié)合，減少界面光學(xué)損耗，簡化激光器的封裝工藝，并大幅減小設(shè)備體積。盡管高溫鍵合技術(shù)在工藝復(fù)雜性和設(shè)備要求上具有一定挑戰(zhàn)，但其在激光醫(yī)療、光纖通信、國防與科研領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，為小型化和高效能激光系統(tǒng)的發(fā)展提供了重要支撐。

鉺玻璃與鈷尖晶石的高溫鍵合方法最先出現(xiàn)在芯飛睿。

鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體（Er,Yb:Glass + Co:Spinel）結(jié)合了兩種材料的優(yōu)異性能，在光學(xué)和磁學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。鉺玻璃以其在1.5微米波段的高增益和低損耗特性，廣泛應(yīng)用于光纖通信和激光測距；而鈷尖晶石則作為高效的被動調(diào)Q材料，鉺玻璃與鈷尖晶石同樣也適用于脈沖激光器。鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體通過將鉺玻璃與鈷尖晶石集成，優(yōu)化了激光器的穩(wěn)定性、輸出效率及應(yīng)用靈活性，特別在電信、醫(yī)療和國防領(lǐng)域具有重要價值。

一、鉺玻璃與鈷尖晶石的材料特性

1.鉺玻璃的關(guān)鍵特性

• 光學(xué)增益：鉺玻璃以其能級躍遷特性，能夠高效放大C波段光信號（1530-1565 nm）。
• 穩(wěn)定性：其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，適用于復(fù)雜環(huán)境和長時間運(yùn)行的光學(xué)系統(tǒng)。
• 人眼安全性：1.54微米波段處于大氣透明窗口，同時對人眼相對安全，因此廣泛用于測距與通信系統(tǒng)。

2.鈷尖晶石的關(guān)鍵特性

• 飽和吸收：鈷尖晶石在1.54微米波段具有高的基態(tài)吸收截面（約3.5×10?1? cm2），表現(xiàn)出卓越的被動調(diào)Q特性。
• 高穩(wěn)定性：作為尖晶石結(jié)構(gòu)材料，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和抗熱沖擊能力。
• 寬光譜適應(yīng)性：適用于從可見光到紅外光的多個波段光學(xué)系統(tǒng)。
• 抗損傷能力：鈷尖晶石具有較高的光學(xué)抗損傷閾值，能在高功率激光條件下保持穩(wěn)定工作。

二、鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體的優(yōu)勢

鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體（Er,Yb:Glass + Co:Spinel）結(jié)合了以上兩者的優(yōu)異關(guān)鍵特性，具有以下優(yōu)勢：

• 增強(qiáng)的發(fā)光性能：在紅外光譜范圍內(nèi)，特別是1.5微米波長處，展現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)光能力，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)入娦艖?yīng)用。
• 磁性行為：鈷尖晶石的摻雜賦予晶體強(qiáng)磁性，使其在磁傳感和成像領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。
• 光磁相互作用：光學(xué)和磁學(xué)特性的結(jié)合，為集成光電磁器件的開發(fā)提供了新的可能性。
• 結(jié)構(gòu)完整性：高質(zhì)量的粘結(jié)工藝確保了晶體的結(jié)構(gòu)完整性，提升了其可靠性和耐用性。

這些特點使得鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體在電信、光放大和磁傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景

三、鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體的應(yīng)用領(lǐng)域

1.光通信領(lǐng)域

特點：

• 鉺玻璃在 1.5 μm 波長具有高增益、低損耗的特性，與鈷尖晶石結(jié)合后，可提升激光輸出的穩(wěn)定性和效率。
• 鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體中的鉺離子提供紅外波段的高效激光發(fā)射，而鈷尖晶石作為調(diào) Q 材料，能產(chǎn)生高功率脈沖輸出

具體應(yīng)用：

• 光纖放大器（EDFA）：鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體用于長距離光纖通信中，通過放大光信號強(qiáng)度，減少信號衰減。常見于海底光纜、城域網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)。
• 光纖激光器：提供窄帶寬、高效率的激光輸出，用于高速數(shù)據(jù)傳輸和光纖傳感

2. 激光技術(shù)

特點：

• 鉺玻璃提供高效的激光增益，而鈷尖晶石作為被動調(diào) Q 材料，能產(chǎn)生高峰值功率的短脈沖激光。
• 這種組合顯著增強(qiáng)了激光系統(tǒng)的輸出性能，尤其適合高精度需求的場景

具體應(yīng)用：

• 激光測距：利用 1.5 μm 激光的人眼安全性和遠(yuǎn)距離傳輸能力，在軍事測距儀和航空航天領(lǐng)域用于高精度距離測量。
• 激光雷達(dá)（LiDAR）：用于無人駕駛汽車、地形測繪和氣象觀測中，生成高分辨率的三維成像數(shù)據(jù)。

材料加工：

• 適合高功率切割、焊接和打標(biāo)，尤其適用于對熱敏材料的精密加工。

3. 醫(yī)療與生物領(lǐng)域

特點：

• 1.5 μm 激光波長處于人眼安全范圍，并對生物組織具有適度的吸收能力，適合醫(yī)療和美容應(yīng)用。

具體應(yīng)用：

• 醫(yī)療成像：在非侵入性診斷中，結(jié)合鈷尖晶石的磁特性，用于增強(qiáng)激光成像系統(tǒng)的對比度和分辨率。
• 激光手術(shù)：在眼科和皮膚科，作為精密激光器進(jìn)行治療，例如青光眼手術(shù)和皮膚修復(fù)。
• 美容設(shè)備：用于脫毛、祛斑、去除紋身及皮膚再生等。

4. 磁傳感與成像

特點：

• 鈷尖晶石具有強(qiáng)磁性，通過與鉺玻璃的結(jié)合，可以在光磁效應(yīng)領(lǐng)域提供高靈敏度的檢測能力。

具體應(yīng)用：

• 磁傳感器：用于探測微弱磁場變化，適用于地質(zhì)勘探、醫(yī)療檢測和工業(yè)測量。
• 增強(qiáng)型 MRI：在醫(yī)學(xué)影像中，與傳統(tǒng) MRI 技術(shù)結(jié)合，提升成像的清晰度和診斷準(zhǔn)確性。

5. 國防與安防

特點：

• 1.5 μm 激光波長隱蔽性強(qiáng)，難以被傳統(tǒng)探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，且鈷尖晶石的調(diào) Q 性能可實現(xiàn)高峰值脈沖激光。

具體應(yīng)用：

• 激光目標(biāo)指示器：提供高精度定位，支持遠(yuǎn)程打擊與導(dǎo)引武器。
• 隱形通信：應(yīng)用于軍事和安全領(lǐng)域，保證通信的隱蔽性和抗干擾能力。
• 激光警戒系統(tǒng)：利用高功率脈沖激光監(jiān)測潛在威脅。

6. 科學(xué)研究

特點：

• 鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體具備寬帶增益和低噪聲特性，非常適合實驗室環(huán)境下的科學(xué)研究需求。

具體應(yīng)用：

• 非線性光學(xué)實驗：研究超快激光脈沖的產(chǎn)生和光與物質(zhì)的相互作用。
• 量子通信：作為關(guān)鍵光源，用于構(gòu)建量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)和量子網(wǎng)絡(luò)。
• 光譜分析：用于高分辨率光譜測量，支持化學(xué)分析、材料表征和天文觀測。

四、結(jié)論與展望

鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體（Er,Yb:Glass + Co:Spinel）結(jié)合了兩種材料的優(yōu)異特性，充分利用鉺玻璃在1.5 μm波長的高增益、低損耗和人眼安全性，以及鈷尖晶石的強(qiáng)磁性和被動調(diào)Q特性，在光通信、激光技術(shù)、醫(yī)療、磁傳感、國防和科學(xué)研究等領(lǐng)域展現(xiàn)了重要價值。這種材料顯著提升了激光系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性，同時為光磁相互作用器件的開發(fā)提供了新可能性。
展望未來，鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體將在集成光通信模塊、超快激光器、生物醫(yī)學(xué)診斷和高分辨率成像等方面進(jìn)一步發(fā)展。其在人眼安全激光設(shè)備、隱形通信、環(huán)境監(jiān)測和非線性光學(xué)研究中的潛力將助力新技術(shù)的突破，推動高性能激光與傳感系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用。

鉺玻璃與鈷尖晶石鍵合晶體的應(yīng)用最先出現(xiàn)在芯飛睿。