稀土倍半氧化物激光晶體的導(dǎo)模法生長(zhǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及稀土倍半氧化物晶體材料的制備方法，屬于激光晶體材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土倍半氧化物晶體Re203(Re= Y、SC、Lu、Gd)具有高熱導(dǎo)率、低聲子能量、優(yōu)良的光學(xué)和光譜特性，是一類優(yōu)良的激光基質(zhì)晶體材料，通過摻入適當(dāng)?shù)南⊥良せ铍x子(Yb、Nd、Dy、Ho、Er、Tm、Pr)，形成激光晶體(化學(xué)式表示為(LnxRe1-χ)2θ3)可以產(chǎn)生可見光至中紅外多波段的激光輸出，在工業(yè)加工、通訊、醫(yī)療、軍事及科研等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]Re2O3或(LnxRei—x)203晶體熔點(diǎn)很高(2400°C以上)，生長(zhǎng)該類晶體的坩禍只能選擇高熔點(diǎn)的材料，如鎢或錸坩禍。高溫條件下，這些坩禍材料容易形成化合物成分漂浮于熔體表面，對(duì)晶體的光學(xué)質(zhì)量有影響。生長(zhǎng)這一類晶體的技術(shù)難度很大，至今報(bào)道該類晶體的方法有提拉法、微下拉法、熱交換法、浮區(qū)法、助溶劑法、水熱法、坩禍下降法、激光加熱基座法、焰熔法。導(dǎo)模法晶體生長(zhǎng)方法具有生長(zhǎng)周期短、晶體利用率高、異型結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)以及熔體表面漂浮物對(duì)晶體生長(zhǎng)質(zhì)量無(wú)影響等優(yōu)點(diǎn)，可以較快的速度生長(zhǎng)出高質(zhì)量晶體，并通過改變導(dǎo)模形狀獲得目標(biāo)尺寸晶體。目前有關(guān)導(dǎo)模法生長(zhǎng)稀土倍半氧化物激光晶體的方法未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種稀土倍半氧化物激光晶體的導(dǎo)模法生長(zhǎng)方法。該方法是在盛有原料熔體的坩禍中固定特定形狀的導(dǎo)模，利用導(dǎo)模中狹縫對(duì)熔體從下至上的虹吸作用，避開熔體表面漂浮物成分對(duì)熔體污染的影響，從而生長(zhǎng)出所需形狀和尺寸的高質(zhì)量(LnxRe1-x)2Ο3晶體。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]—種稀土倍半氧化物激光晶體的導(dǎo)模法生長(zhǎng)方法，包括如下步驟:
[0007]①裝爐:將原料置于導(dǎo)模爐的坩禍中，安裝導(dǎo)模、籽晶、溫場(chǎng)，并密封爐膛通入保護(hù)性氣氛氣體，該保護(hù)性氣氛氣體為Ar、Ar+H2或Ar+CO，所述溫場(chǎng)的溫度梯度為5?40 °C/cm；
[0008]②熔料:加熱升溫將原料全部熔化形成熔體，并過熱10?30°C，恒溫0.5?2小時(shí)后，將熔體降溫至原料全部熔化時(shí)的溫度(全熔點(diǎn))；
[0009]③生長(zhǎng):將籽晶緩慢搖下，與導(dǎo)模中的熔體液面接觸成為一體，停留3?5min后開啟提拉機(jī)構(gòu)，適當(dāng)升溫使籽晶直徑收細(xì)(收頸)，逐漸降低導(dǎo)模表面溫度進(jìn)行放肩，當(dāng)晶體覆蓋整個(gè)導(dǎo)模表面時(shí)結(jié)束放肩，進(jìn)行等徑生長(zhǎng)，待晶體生長(zhǎng)至所需尺寸時(shí)，提拉晶體脫離熔體液面，完成生長(zhǎng)，整個(gè)過程晶體提拉速率調(diào)節(jié)為I?50mm/h;
[0010]④冷卻:晶體生長(zhǎng)完畢后，對(duì)晶體降溫冷卻至室溫，晶體降溫冷卻速率為20?200
cC/h。
[0011]所述晶體的化學(xué)式為(1^^^11)203，其中0〈叉〈0.5丄11 = ￥13、則、07、!10 4廣1'111、？廠1^= Y、Sc、Lu、Gd0
[0012]所述步驟①中的導(dǎo)模和坩禍需為耐高溫的鎢、錸、鎢錸合金或鎢鉬合金材料。
[0013]所述步驟②中的加熱方式為射頻感應(yīng)加熱或電阻加熱。
[0014]所述步驟③中的籽晶方向?yàn)?LnxRe1I)203任意結(jié)晶學(xué)方向。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0016]在國(guó)際上首次成功利用導(dǎo)模法晶體生長(zhǎng)方法制備出稀土倍半氧化物激光晶體，有效抑制了高溫熔體表面漂浮物對(duì)晶體光學(xué)質(zhì)量的影響，在較短周期內(nèi)生長(zhǎng)出數(shù)厘米的高光學(xué)質(zhì)量晶體，工藝操作簡(jiǎn)單，并可減少晶體加工過程中晶料的損耗，成本低廉。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是晶體生長(zhǎng)裝置示意圖。圖中:1、坩禍;2、熔體;3、導(dǎo)模;4、籽晶；5、鉭墊片；6、蓋板;7、石墨體;8、軟氈;9、石英套管；10、加熱源。
[0018]圖2是不同構(gòu)型導(dǎo)模俯視剖面圖:其中，a為片狀導(dǎo)模;b為棒狀導(dǎo)模。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但應(yīng)了解下述實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍。
[0020]實(shí)施例1:(副0.016(1().99)203晶體【簡(jiǎn)記為如:6(1203】生長(zhǎng)
[0021]將Nd203、Gd203原料按所需比例混合、稱量置于錸坩禍中，選用片狀錸質(zhì)導(dǎo)模。經(jīng)射頻感應(yīng)加熱，升溫熔化原料并過熱10°C，恒溫0.5小時(shí)后降溫至全熔點(diǎn)。將[111]方向的籽晶緩慢搖下，與導(dǎo)模中的熔體液面接觸，停留5min，開啟提拉機(jī)構(gòu)，經(jīng)收頸、放肩、等徑、提脫等過程生長(zhǎng)晶體。晶體提拉速率lmm/h，生長(zhǎng)溫度梯度40°C/cm，生長(zhǎng)結(jié)束后采用200°C/h速率冷卻至室溫，爐膛保護(hù)氣氛為Ar+H2，獲得了50mm X 45mm X 1mm的Nd = Gd2O3片狀晶體。
[0022]實(shí)施例2: (ErQ.Q5Lu().95)203晶體【簡(jiǎn)記為Er:Lu203】生長(zhǎng)
[0023]將Er203、Lu203原料按所需比例混合、稱量置于錸坩禍中，選用片狀錸質(zhì)導(dǎo)模。經(jīng)射頻感應(yīng)加熱，升溫熔化原料并過熱30°C，恒溫2小時(shí)后降溫至全熔點(diǎn)。將[111]方向的籽晶緩慢搖下，與導(dǎo)模中的熔體液面接觸，停留3min，開啟提拉機(jī)構(gòu)，經(jīng)收頸、放肩、等徑、提脫等過程生長(zhǎng)晶體。晶體提拉速率50mm/h，生長(zhǎng)溫度梯度5°C/cm，生長(zhǎng)結(jié)束后采用20°C/h速率冷卻至室溫，爐膛保護(hù)氣氛為Ar+CO，獲得了 25mm X 25mm X 8mm的Er: Lu2O3片狀晶體。
[0024]實(shí)施例3: (Ηοο.ιΥο.9)2θ3晶體【簡(jiǎn)記為Ηο:Υ2θ3】生長(zhǎng)
[0025]將Ηο203、Υ203原料按所需比例混合、稱量置于鎢坩禍中，選用棒狀鎢質(zhì)導(dǎo)模。經(jīng)射頻感應(yīng)加熱，升溫熔化原料并過熱15°C，恒溫1.2小時(shí)后降溫至全熔點(diǎn)。將[111]方向的籽晶緩慢搖下，與導(dǎo)模中的熔體液面接觸，停留4min，開啟提拉機(jī)構(gòu)，經(jīng)收頸、放肩、等徑、提脫等過程生長(zhǎng)晶體。晶體提拉速率25mm/h，生長(zhǎng)溫度梯度23°C/cm，生長(zhǎng)結(jié)束后采用110°C/h速率冷卻至室溫，爐膛保護(hù)氣氛為Ar，獲得了 Φ 8mm X 35mm的Ho: Y2O3棒狀晶體。
[0026]實(shí)施例4:(YbQ.49YQ.5i)203晶體【簡(jiǎn)記為Yb:Y203】生長(zhǎng)
[0027]將Yb203、Y203原料按所需比例混合、稱量置于鎢坩禍中，選用棒狀鎢質(zhì)導(dǎo)模。經(jīng)射頻感應(yīng)加熱，升溫熔化原料并過熱20°C，恒溫I小時(shí)后降溫至全熔點(diǎn)。將[111]方向的籽晶緩慢搖下，與導(dǎo)模中的熔體液面接觸，停留4min，開啟提拉機(jī)構(gòu)，經(jīng)收頸、放肩、等徑、提脫等過程生長(zhǎng)晶體。晶體提拉速率8mm/h