突破热效应瓶颈：Nd:YVO4晶体低温键合助力高功率固态激光器飞跃

在 Nd:YVO4激光器件应用中，热效应限制其高功率输出。研究人员开展 Nd:YVO4晶体低温键合研究，用 N2/NH3等离子体实现低温键合，降低热效应。该研究为高功率固态激光器发展提供新途径。

　　在激光技术蓬勃发展的当下，高功率固态激光器的应用越来越广泛。其中，Nd:YVO₄晶体凭借其独特的自 - 拉曼激光能力，在纳米激光导星、钠激光多普勒雷达等领域发挥着重要作用。它能产生 589nm 的黄色光激光，有效激发 80 - 100km 高空的钠原子，这一特性使其成为相关应用中的关键元件。

然而，Nd:YVO₄激光器件却面临着热效应这一棘手问题。在泵浦吸收和拉曼转换过程中，会产生热量积累。如果这些热量不能及时有效地散发出去，就会导致晶体温度分布不均，进而引发端面效应和热应力双折射现象。这一系列问题最终会产生热透镜效应，严重破坏激光输出的质量，甚至可能使晶体破裂。可以说，热效应就像一个 “紧箍咒”，极大地限制了 Nd:YVO₄激光器的高功率输出，成为了相关领域进一步发展的瓶颈。

为了突破这一瓶颈，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们致力于探索一种新的方法，以实现 Nd:YVO₄晶体的高质量键合，从而有效减轻热效应的影响。研究人员提出采用 N₂/NH₃等离子体活化的策略，来解决传统键合方法存在的问题。

研究结果显示，通过这种新的键合方法，成功实现了 Nd:YVO₄晶体在约 300°C 的低温下键合，且未对晶体造成损伤。键合后的界面表现出卓越的性能，在非泵浦波长下，透过率与理论值相比仅降低了 0.3%；界面热阻极低，达到 7×10^-6m²K/W ；拉伸强度更是未处理样品的六倍。基于这些实验成果，研究人员设计了复合 Nd:YVO₄晶体结构，经计算，该结构可使最高温度和应力分别降低 75.9% 和 68.5%，显著缓解了热效应。这一研究成果发表在《Applied Surface Science》上，为推进高功率固态 Nd:YVO₄激光器的发展开辟了一条新的道路。

在研究过程中，研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先是样品处理技术，使用双面抛光的 a - 切割 Nd:YVO₄晶体，精确控制掺杂浓度分别为 0.5% 和 1.0% ，并通过无水乙醇擦拭和 SC1 溶液浸泡进行清洗；其次是表面处理技术，运用 N₂/NH₃等离子体对晶体表面进行活化处理；最后利用原子力显微镜（AFM）测试等手段，对不同处理方式下晶体的表面形貌和粗糙度进行表征分析。

下面具体来看研究结果：

• 材料和键合过程：实验选用特定规格的 Nd:YVO₄晶体，先进行表面擦拭清洁，再用特定比例的 SC1 溶液处理，为后续键合做准备。
• 表面表征和界面性能：通过 AFM 测试不同处理方法（擦拭、擦拭后 SC1 处理、擦拭和 SC1 处理后 N₂等离子体处理、擦拭和 SC1 处理后 N₂/NH₃等离子体处理）的样品，研究 N₂/NH₃等离子体对材料形貌和粗糙度的影响，以此探究其对键合的作用。

研究结论表明，研究人员成功开发了不同掺杂浓度的 Nd:YVO₄晶体低温键合技术，通过 N₂/NH₃混合等离子体活化和 300°C 退火 12 小时，获得了高质量的键合界面，有效抑制了界面白点的形成。这一研究成果具有重要意义，它为解决 Nd:YVO₄激光器件的热效应问题提供了切实可行的方案，有望推动高功率固态激光器在更多领域的应用和发展，比如在天文观测、大气监测等领域，将因激光器性能的提升而获得更精确的数据和更广阔的研究空间，为相关领域的科学研究和技术发展注入新的活力。