【摘要】 透过率与理论值接近，表明采用YAG/Nd：LuAG异质结材料的无胶键合方法可以保证较高的光学质量和较低的散射损耗。

采用扩散连接的方法[1,2]，在热等静压处理前进行热连接，制备了晶体和陶瓷相结合的YAG/ND：LuAG异质结材料。对样品的界面形貌、微观结构和光学性质进行了研究。结果表明，由于陶瓷制备过程中产生的硅离子的存在，在粘接界面处形成了固溶体，形成了固溶体，形成了石榴石晶体。根据Fick定律对扩散过程进行了研究。用理论计算对Lu和Y的扩散系数进行了拟合。此外，Si和Nd离子在晶界处发生偏析。

 

最后，成功地制备了无孔异质结材料，样品在1064 nm处的透过率达到83.26%。测量了尺寸为7×7×2.7 mm(YAG晶体厚度为1 mm)的异质结材料经热键合和热等静压后的在线透过率。热键合后的异质结材料在1100 nm处的透过率仅为79.31%。由于键合界面附近存在残余气孔，影响了光学质量，特别是在可见光区域。相比之下，热等静压处理的样品在1064 nm处的透过率为83.26%，在400 nm处的透过率为78.5%。没有观察到明显的色心[3]。

 

透过率与理论值接近，表明采用YAG/Nd：LuAG异质结材料的无胶键合方法可以保证较高的光学质量和较低的散射损耗。这使得它更适合应用于高重复频率和高功率的固体激光器。揭示了离子在晶体-陶瓷异质结结构中的迁移和扩散，这是实现低散射损耗和抑制主动离子扩散的一种有效方法，用于平面光波导的设计。

 

消除了原始的粘结界面，在界面周围形成了Y-LuAG固溶体陶瓷；此外，Si和Nd离子在晶界处偏析，促进了Y和Lu离子的扩散。扩散连接过程中未出现离子扩散现象。同时，Y和Lu的扩散系数符合Fick第二定律，以晶界扩散为主。当温度为1750◦C时，dGb(Y)=3.58×10-14m2/S，dGb(Lu)=0.87×10-14m2/S。该方法能有效地实现低散射损耗和抑制主动离子扩散，从而实现高重复率和高功率的固体激光器。

 

[1] O. Mariola, Ramirez, et al., Three-dimensional grain boundary spectroscopy in transparent high power ceramic laser materials, Opt Express 16 (2008) 5965–5973.

[2] C.Y. Ma, F. Tang, et al., Cation diffusion at the interface of composite YAG/Re: LuAG (Re = Nd or Yb) transparent ceramics, J. Eur. Ceram. Soc. 36 (2016) 2555–2564.

[3] L. Zhang, J.D. Wu, et al., Defects and solarization in YAG transparent ceramics, Photon. Res. 5 (2019) 549–557. Fig. 10. In-line transmittance spectra of YAG/Nd:LuAG heterojunction material after vacuum thermal bonding and HIP treatment. (The sample apparent morphology was inserted).

Z.Wan et al.

 

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