雷射晶體金相製備與光學鍍膜設計

本節將介紹利用實驗室的硏磨拋光機將晶體表面原先鍍膜失敗 的光學鍍膜層拋光並於清洗後再次鍍膜完成之結果。以及設計針對此 晶體所需之光學鍍膜，以供日後架設實驗使用。

要將晶體兩面鍍膜皆拋光，其前置準備工作很重要，首先先找幾 塊形狀對稱的鋁塊，如圓形、矩形。將鋁塊表面以砂紙或用研磨機將 表面磨平整，再利用一點點蠟塊，放置在鋁塊上一併放在加熱盤上加 溫至蠟塊溶化呈液態，再小心地將直徑 2 mm、長度 1.5 及 1 mm 兩種 規格之Nd:YAG 晶體放入呈液態的蠟中，此時將加熱盤電源關閉使溫 度漸漸回到室溫，此時液態蠟將凝結成固態並將晶體固定於鋁塊上，

此時可準備開始以手持鋁塊來將晶體拋光，如圖3.15。

圖3.15 以蠟固定晶體於鋁塊上實際圖

接下來我們將依循表3-3 之步驟開始做拋光流程：

其中每道步驟後皆以顯微鏡觀察表面拋光狀況。

表3-3 拋光使用材料及時間流程表

順序 拋光布顆粒大小 拋光液材料 拋光時間 1 1 µm alumina 5 min 2 0.3 µm alumina 5 min 3 0.1 µm alumina (agglomerate) 5 min 4 0.1 µm alumina

(De-agglomerate)

5 min

在完成上述過程後，再將鋁塊加熱將蠟溶化，並將晶體翻面後再 以蠟固定並重複上述步驟。

而完成晶體兩面拋光後，必須將殘留在晶體上的蠟清除乾淨，故 先以去漬油清除殘蠟，並依表3-4 的步驟 2 到 4，在燒杯內盛裝少量 液體，依序清除前一步驟之溶劑，最後再以氮氣槍吹乾晶體，再送去 重新鍍膜。

表 3-4 拋光後之晶體清洗時間及方式流程表

步驟 盛裝溶劑 清洗方式

1 去漬油 超音波振5 min 2 丙酮 超音波振 5 min 3 酒精 超音波振 5 min 4 去離子水 超音波振5 min

Face 1 Face 2 光源在晶體表面做高穿透鍍膜(AR coating)設計，如下圖 3.17 及 3.18 為晶體兩面之光學鍍膜設計及結果。

700 800 900 1000 1100 1200

波 長 ( nm )

0 1 2 3

700 800 900 1000 1100 1200

波長 (nm)

Reflectance (%)

模擬

結果(經優化後換算)

808 nm 0.02%

885 nm 0.096%

946 nm 0.19%

圖 3.18 Nd:YAG 晶體第二面設計及實際鍍膜圖

從上面設計可知，對於Nd:YAG 兩面之多波段高穿透設計規格及結果 皆符合我們所需，而下圖3.19 為鍍膜後晶體表面在顯微鏡下觀察之 拍照圖，表面膜層並無鈞裂或剝落，故此鍍膜結果成功。

Face1 Face2

圖 3.19 鍍膜後晶體表面於顯微鏡下 50X 放大圖

3.5 雷射共振腔之光學鍍膜設計

在雷射共振腔方面，我們也希望以本實驗室自行鍍膜之技術，來 完成雷射共振腔所需的耦合透鏡。我們將利用第二章所提過導熱性 佳、材料及鍍膜皆為商品化的複合式晶體針對三種相同規格、不同公 司對輸出耦合透鏡(output coupler)所作之光學鍍膜，以半對稱式(half- symmetric cavity)架構來做一系列完整之實驗與分析。

如圖3.20，我們以波長 808 nm 之 Ti:sapphire tunable laser 為幫浦 光源，經過一焦距為100 mm 之聚焦透鏡後，在增益介質晶體上聚焦，