專利名稱：Yb:YAG激光晶體的生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摻鐿釔鋁石榴石激光晶體(以下簡(jiǎn)稱YbYAG)，特別是一種YbYAG激光晶體的生長(zhǎng)方法。
一般用提拉法生長(zhǎng)YbYAG晶體，得到的晶體呈藍(lán)色。這是因?yàn)榇嬖赮b2+和Re-F色心，(參閱文獻(xiàn)J.Appl.Phys.83(1998)3825)。由于晶體中含有Yb2+，使晶格發(fā)生畸變，不但使晶格缺陷大量增加，而且也對(duì)Yb3+的能級(jí)結(jié)構(gòu)造成不利影響。導(dǎo)致了370nm和625nm處存在吸收波段和Re-F色心的形成。Yb2+和Re-F色心的存在對(duì)于YbYAG的本征光譜性能是有害的，不但降低了在900-1050nm的Yb3+本征吸收和1028-1060nm的發(fā)射強(qiáng)度，而且縮短了Yb3+在YAG晶體中熒光壽命。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種YbYAG激光晶體的生長(zhǎng)方法，所用的裝置為感應(yīng)加熱提拉式單晶爐，其步驟包括按照YbYAG比例稱量原料并混合均勻，置于銥坩堝中，裝爐；單晶爐緩慢抽真空、充氣和升溫；下籽晶生長(zhǎng)晶體；晶體生長(zhǎng)完畢緩慢降溫至室溫，出爐；其特征在于所述單晶爐緩慢抽真空、充氣和升溫的具體過(guò)程包括單晶爐緩慢抽真空至8×10-3MP，充入純氮?dú)?，?.12MP壓力后開(kāi)始升溫，至1500℃時(shí)觀察爐內(nèi)的壓力，根據(jù)爐內(nèi)的壓力再充入1～5％的氧氣，然后再升溫熔料。
這里的關(guān)鍵是采用兩步充氣的方法，是基于銥坩堝在1500℃以下的高溫段會(huì)與氧氣起強(qiáng)烈的反應(yīng)，而超過(guò)這一溫度反應(yīng)則會(huì)大大地降低。這樣充氣過(guò)程生長(zhǎng)的晶體出爐后無(wú)色。
經(jīng)上面過(guò)程生長(zhǎng)的YbYAG晶體與用普通的氮?dú)庵猩L(zhǎng)的YbYAG晶體中頻感應(yīng)提拉法生長(zhǎng)YbYAG激光晶體比較。前者在370nm和625nm處的吸收波段消失，晶格缺陷減少了很多，在900-1050nm的Yb3+本征吸收和1028-1060nm的發(fā)射強(qiáng)度都大大提高，熒光壽命也提高了很多。
我們分析這是由于在我們的工藝流程中，Yb2+能與氧氣充分接觸，從而能使其中的Yb2+和氧氣充分反應(yīng)而被氧化成Yb3+，同時(shí)氧進(jìn)入晶格中使得氧空位缺陷明顯減少。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)采用兩步充氣法避開(kāi)了貴重的銥坩堝在1500℃以下的高溫段與氧氣起強(qiáng)烈的反應(yīng)，減少了直接引入氧氣所導(dǎo)致的銥坩堝強(qiáng)烈氧化問(wèn)題；同時(shí)也避免了在晶體退火過(guò)程中由于晶體呈塊狀，從而使其中的Yb2+難以完全轉(zhuǎn)變成Yb3+的問(wèn)題。


圖1是用于生長(zhǎng)YbYAG晶體裝置示意圖具體實(shí)施方式
下面列舉幾個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1將YbYAG原料按照比例混勻，置于銥坩堝中，裝爐。緩慢抽真空至8×10-3MP，充入純氮?dú)?，?.12MP壓力后開(kāi)始升溫，至1500℃時(shí)觀察爐內(nèi)的壓力，根據(jù)爐內(nèi)的壓力再充入1％的氧氣，然后升溫熔料，下籽晶進(jìn)行生長(zhǎng)。生長(zhǎng)條件為拉速1～2mm/hr，轉(zhuǎn)速5～20rpm，生長(zhǎng)完畢后逐漸降至室溫出爐。
經(jīng)上面過(guò)程生長(zhǎng)的YbYAG晶體與用普通的氮?dú)庵猩L(zhǎng)的YbYAG晶體中頻感應(yīng)提拉法生長(zhǎng)YbYAG激光晶體比較。前者在370nm和625nm處的吸收波段消失，晶格缺陷減少了很多，在900-1050nm的Yb3+本征吸收和1028-1060nm的發(fā)射強(qiáng)度都大大提高，熒光壽命也提高了很多。
實(shí)施例2將YbYAG原料按照比例混勻，置于銥坩堝中，裝爐。緩慢抽真空至8×10-3MP，充入純氮?dú)?，?.12MP壓力后開(kāi)始升溫，至1500℃時(shí)觀察爐內(nèi)的壓力，根據(jù)爐內(nèi)的壓力再充入1.5％的氧氣，然后升溫熔料，下籽晶進(jìn)行生長(zhǎng)。生長(zhǎng)條件為拉速1～2mm/hr，轉(zhuǎn)速5～20rpm，生長(zhǎng)完畢后逐漸降至室溫出爐。
經(jīng)上面過(guò)程生長(zhǎng)的YbYAG晶體與用普通的氮?dú)庵猩L(zhǎng)的YbYAG晶體中頻感應(yīng)提拉法生長(zhǎng)YbYAG激光晶體比較。前者在370nm和625nm處的吸收波段消失，晶格缺陷減少了很多，在900-1050nm的Yb3+本征吸收和1028-1060nm的發(fā)射強(qiáng)度都大大提高，熒光壽命也提高了很多。
實(shí)施例3將YbYAG原料按照比例混勻，置于銥坩堝中，裝爐。緩慢抽真空至8×10-3MP，充入純氮?dú)?，?.12MP壓力后開(kāi)始升溫，至1500℃時(shí)觀察爐內(nèi)的壓力，根據(jù)爐內(nèi)的壓力再充入2％的氧氣，然后升溫熔料，下籽晶進(jìn)行生長(zhǎng)。生長(zhǎng)條件為拉速1～2mm/hr，轉(zhuǎn)速5～20rpm，生長(zhǎng)完畢后逐漸降至室溫出爐。
經(jīng)上面過(guò)程生長(zhǎng)的YbYAG晶體與用普通的氮?dú)庵猩L(zhǎng)的YbYAG晶體中頻感應(yīng)提拉法生長(zhǎng)YbYAG激光晶體比較。前者在370nm和625nm處的吸收波段消失，晶格缺陷減少了很多，在900-1050nm的Yb3+本征吸收和1028-1060nm的發(fā)射強(qiáng)度都大大提高，熒光壽命也提高了很多。
實(shí)施例4將YbYAG原料按照比例混勻，置于銥坩堝中，裝爐。緩慢抽真空至8×10-3MP，充入純氮?dú)?，?.12MP壓力后開(kāi)始升溫，至1500℃時(shí)觀察爐內(nèi)的壓力，根據(jù)爐內(nèi)的壓力再充入3％的氧氣，然后升溫熔料，下籽晶進(jìn)行生長(zhǎng)。生長(zhǎng)條件為拉速1～2mm/hr，轉(zhuǎn)速5～20rpm，生長(zhǎng)完畢后逐漸降至室溫出爐。
經(jīng)上面過(guò)程生長(zhǎng)的YbYAG晶體與用普通的氮?dú)庵猩L(zhǎng)的YbYAG晶體中頻感應(yīng)提拉法生長(zhǎng)YbYAG激光晶體比較。前者在370nm和625nm處的吸收波段消失，晶格缺陷減少了很多，在900-1050nm的Yb3+本征吸收和1028-1060nm的發(fā)射強(qiáng)度都大大提高，熒光壽命也提高了很多。
實(shí)施例5將YbYAG原料按照比例混勻，置于銥坩堝中，裝爐。緩慢抽真空至8×10-3MP，充入純氮?dú)?，?.12MP壓力后開(kāi)始升溫，至1500℃時(shí)觀察爐內(nèi)的壓力，根據(jù)爐內(nèi)的壓力再充入3.5％的氧氣，然后升溫熔料，下籽晶進(jìn)行生長(zhǎng)。生長(zhǎng)條件為拉速1～2mm/hr，轉(zhuǎn)速5～20rpm，生長(zhǎng)完畢后逐漸降至室溫出爐。
經(jīng)上面過(guò)程生長(zhǎng)的YbYAG晶體與用普通的氮?dú)庵猩L(zhǎng)的YbYAG晶體中頻感應(yīng)提拉法生長(zhǎng)YbYAG激光晶體比較。前者在370nm和625nm處的吸收波段消失，晶格缺陷減少了很多，在900-1050nm的Yb3+本征吸收和1028-1060nm的發(fā)射強(qiáng)度都大大提高，熒光壽命也提高了很多。
實(shí)施例6將YbYAG原料按照比例混勻，置于銥坩堝中，裝爐。緩慢抽真空至8×10-3MP，充入純氮?dú)?，?.12MP壓力后開(kāi)始升溫，至1500℃時(shí)觀察爐內(nèi)的壓力，根據(jù)爐內(nèi)的壓力再充入5％的氧氣，然后升溫熔料，下籽晶進(jìn)行生長(zhǎng)。生長(zhǎng)條件為拉速1～2mm/hr，轉(zhuǎn)速5～20rpm，生長(zhǎng)完畢后逐漸降至室溫出爐。
經(jīng)上面過(guò)程生長(zhǎng)的YbYAG晶體與用普通的氮?dú)庵猩L(zhǎng)的YbYAG晶體中頻感應(yīng)提拉法生長(zhǎng)YbYAG激光晶體比較。前者在370nm和625nm處的吸收波段消失，晶格缺陷減少了很多，在900-1050nm的Yb3+本征吸收和1028-1060nm的發(fā)射強(qiáng)度都大大提高，熒光壽命也提高了很多。
權(quán)利要求
1.一種YbYAG激光晶體的生長(zhǎng)方法，所用的裝置為感應(yīng)加熱提拉式單晶爐，其步驟包括按照YbYAG比例稱量原料并混合均勻，置于銥坩堝中，裝爐；單晶爐緩慢抽真空、充氣和升溫；下籽晶生長(zhǎng)晶體；晶體生長(zhǎng)完畢緩慢降溫至室溫，出爐；其特征是所述單晶爐緩慢抽真空、充氣和升溫的具體過(guò)程包括單晶爐緩慢抽真空至8×10-3MP，充入純氮?dú)?，?.12MP壓力后開(kāi)始升溫，至1500℃時(shí)觀察爐內(nèi)的壓力，根據(jù)爐內(nèi)的壓力再充入1～5％的氧氣，然后再升溫熔料。
全文摘要
一種YbYAG激光晶體的生長(zhǎng)方法，所用的裝置為感應(yīng)加熱提拉式單晶爐，其步驟包括按照Yb∶YAG比例稱量原料并混合均勻，置于銥坩堝中，裝爐；單晶爐緩慢抽真空、充氣和升溫；下籽晶生長(zhǎng)晶體；晶體生長(zhǎng)完畢緩慢降溫至室溫，出爐；其特征是所述單晶爐緩慢抽真空、充氣和升溫的具體過(guò)程包括單晶爐緩慢抽真空至8×10
文檔編號(hào)C30B15/00GK1442517SQ03116348
公開(kāi)日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者趙志偉, 鄧佩珍, 徐軍, 徐曉東, 宋平新, 周圣明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所