Nd:YVO and YVO laser crystal integration by a direct bonding technique

直接接合法によるNd:YVO及びYVOレーザー結晶の集積化

杉山 僚; 福山 裕康; 勝間田 正基*; 岡田 幸勝*

Sugiyama, Akira; Fukuyama, Hiroyasu; Katsumata, Masaki*; Okada, Yukikatsu*

高ピーク出力レーザーに用いられているNd:YVO結晶に母結晶のYVOを接合して、熱除去特性の優れた集積型レーザー結晶の作成を行なった。われわれの接合法は、光学研磨後の結晶表面をドライエッチング処理した後に、結晶の融点以下の熱処理によって、接合界面の水素結合を酸素を架橋とした直接接合に転嫁させる方法である。光学研磨の表面粗さは、633nmにおいて0.2波長であった。アルゴンイオンビームによる約30nmのエッチング後、サンプルを清浄雰囲気下でコンタクトし、真空加熱炉内で50時間の熱処理を行なった。接合部の評価については、界面で生じる散乱光の測定を行なった後に出力20Wの半導体レーザー励起によるレーザー発振試験を行なった。この実験の結果、接合界面の散乱光強度は結晶内部の欠陥部から生じる散乱光強度よりも小さいことがわかった。さらに、熱伝達特性が改善された集積化型の接合結晶は、通常の結晶で引き起こされるような熱破壊を生じることなく、レーザー出力を約2倍増加できることが明らかとなった。

We report recent progress in bonding of crystals used in microchip lasers, Nd:YVO and non-doped YVO crystal that functions as a cold finger. The bonding technique consists of a dry etching process for polished crystal surfaces to be bonded and a successive transformation from hydrogen bonding to oxygen-bridged bonding at temperature below half of the melting point of crystal. Roughness of the surfaces was less than 0.2-lambda at 633 nm. After the etching of around 30 nm by an argon ion beam, the surfaces were contacted in the clean ambient, then heat treatment was done for 50 hours in a vacuum furnace. To evaluate the bonded region, we made optical scattering measurements, and laser oscillation tests pumped by a laser diode with the output power of 20 W. From these experiments, it was clear that the number of defects on the bonded surface is much smaller than that of the intrinsic defects, and the integrated crystal, improving thermal conductivity, can produce twice of laser output power compared with a usual one.