摻鈥氟化釓釔鋇晶體及其生長方法
2024-02-16 20:46:15
專利名稱：摻鈥氟化釓釔鋇晶體及其生長方法
技術領域：
本發明涉及一種摻欽氟化釓釔鋇晶體及其生長方法，摻欽氟化釓釔鋇晶體是一種雷射晶體，簡式為Ho = BaYGdF8,屬於光電子材料技術領域。
背景技術：
摻欽雷射具有大氣傳輸特性好、煙霧穿透能力強、保密性好等特點，被應用於雷射測距、雷射雷達、光電幹擾、遙感、環境監測、光通訊等領域。另外，摻欽雷射在水中有較強吸收，從而不僅對人眼安全，而且能夠精確介入生物組織，因此，能夠應用於眼科手術等。摻欽雷射所用雷射材料為摻欽雷射晶體，包括氟化物晶體，如Ho: BaY2F8,屬於單斜晶系，其折射率溫度係數較小，升溫造成的折射率減小可以部分抵消因熱膨脹引起的光程增大，因而熱透鏡效應很小。雷射振蕩閾值大為降低，增益明顯提高，具有螢光壽命長、熱效應小等特點。儘管Ho = BaY2F8雷射晶體性能優異，但是，因欽、釔離子半徑匹配方面的原因， 欽、釔取代量少，致使摻欽雷射晶體摻雜濃度低，只有30at. %，不能滿足大功率雷射器對雷射材料的要求；如果一味提高摻雜濃度，將導致晶體形貌變劣，甚至無法繼續生長，形貌變劣也會導致雷射晶體發光強度降低。現有Ho:BaY2F8晶體的生長方法如下I、生長料製備提供F、Y、Ba元素的原料及摩爾比為BaF2 YF3 = I 2，確定HoF3為x摩爾，則 YF3為2 (Ι-x)摩爾，其中X的取值範圍為O. 005mol ^ x ^ O. 3mol。將所述各組分充分混合，通過HF氣氛處理，用液壓機壓製成塊狀生長料。2、晶體生長採用提拉法生長Ho = BaY2F8晶體。將所述塊狀生長料裝入單晶爐，抽真空，充入氬氣，晶體生長的工藝參數確定為提拉速度O. 5mm/h,旋轉速度5 7rpm，生長溫度980°C。3、退火晶體生長完畢後，採用原位退火的方式緩慢將爐溫降至室溫，取出晶體。所述Ho = BaY2F8晶體生長方法其不足在於，在生長Ho = BaY2F8晶體的過程中，由於 BaY2F8熔點偏高，如980°C，另外，熔體粘度大，這些原因導致難以生長出大尺寸的Ho: BaY2F8 晶體，如由所述Ho = BaY2F8晶體生長方法獲得的晶體尺寸只有Φ 20mmX 25mm，難以充分滿足諸如雷射測距、雷射雷達、光電幹擾、遙感、環境監測、光通訊等領域對摻欽雷射器的要求。
發明內容
為了提高摻欽雷射晶體的摻雜濃度，並且生長出大尺寸、形貌好的晶體棒，我們提出一種摻欽氟化釓釔鋇晶體及其生長方法的方案，該方案須根據釓與釔的不同，對現有摻欽雷射晶體生長方法做出調整，獲得的摻欽氟化釓釔鋇晶體摻雜濃度高、尺寸大、形貌好， 而且與現有Ho = BaY2F8晶體具有相似的突光光譜,用於大功率固體雷射器。本發明之摻欽氟化釓釔鋇晶體屬於單斜晶系，以稀土元素欽為激活離子，其特徵
3在於，晶體基質為氟化釓釔鋇，摻欽氟化釓釔鋇晶體分子式為Ho:BaYGdF8。本發明之摻欽氟化釓釔鋇晶體生長方法包括生長料製備、晶體生長以及退火三個步驟，其特徵在於，在生長料製備步驟中，提供F、Gd、Y、Ba元素的原料及摩爾比為 BaF2 GdF3 YF3 = I I 1，確定 HoF3 為 x 摩爾，GdF3 為(l_x)摩爾，BaF2 為 I 摩爾， 其中X的取值範圍為O. 005molImol ;在晶體生長步驟中，晶體生長工藝參數確定為 提拉速度O. 3 O. 8mm/h,旋轉速度3 lOrpm，生長溫度880 903°C。本發明其效果在於，由於欽、釓離子半徑匹配，不僅Ho = BaYGdF8晶體的摻雜濃度大幅提聞，如最聞可達IOOat. %，而且可以根據需要調整慘雜濃度，同時保持完好晶體形貌， 即使摻雜濃度同樣是30at. %，以該摻欽氟化釓釔鋇晶體作為工作物質的固體雷射器發光強度仍然明顯高於現有Ho = BaY2F8晶體，見附圖所示。本發明之摻欽氟化釓釔鋇晶體與現有 HoiBaY2F8晶體同屬單斜晶系且無缺陷，因此，熱透鏡效應同樣很小；與現有Ho = BaY2F8晶體具有相似的螢光光譜，見附圖所示，能夠替代現有Ho = BaY2F8晶體。現有BaY2F8晶體熔點為 980°C，而本發明之Ho = BaYGdF8晶體熔點只有880°C，由於晶體的生長溫度與晶體的熔點相適應，所以，本發明之方法能夠在較低溫度下生長晶體，因而能夠生長出尺寸大、形貌好的晶體，如晶體棒尺寸達到Φ40mmX60mm,在這方面也實現了發明目的。
附圖是摻欽雷射晶體螢光光譜圖，圖中曲線I是現有Ho = BaY2F8晶體螢光光譜，曲線2是本發明之摻欽氟化釓釔鋇晶體螢光光譜，該圖兼作為摘要附圖。
具體實施例方式本發明之摻欽氟化釓釔鋇晶體屬於單斜晶系，以稀土元素欽為激活離子，晶體基質為氟化禮釔鋇，摻欽氟化禮釔鋇晶體分子式為Ho = BaYGdF8,欽的摻入濃度為20 50at. % ο本發明之摻欽氟化釓釔鋇晶體生長方法包括生長料製備、晶體生長以及退火三個步驟I、生長料製備提供F、Gd、Y、Ba元素的原料及摩爾比為BaF2 GdF3 YF3 = I I 1，確定HoF3 為X摩爾,GdF3為(Ι-x)摩爾,BaF2為I摩爾，其中χ的取值範圍為O. 005mol彡x彡Imol ； 將所述各組分充分混合，通過HF氣氛處理，用液壓機壓塊得塊狀生長料。2、晶體生長採用提拉法生長Ho = BaYGdF8晶體。將上一步驟製備的塊狀生長料裝入單晶爐，抽真空，充入氬氣，晶體生長工藝參數確定為提拉速度O. 3 O. 8mm/h,旋轉速度3 lOrpm， 生長溫度880 903 °C。3、退火晶體生長完畢，採用原位退火的方式緩慢將爐溫降至室溫，取出晶體。下面是一個具體例子。提供F、Gd、Y、Ba元素的原料及摩爾比為BaF2 GdF3 YF3 = 1:1: 1，確定X = O. 3，原料中各組分的配比如下，HoF3O. 3摩爾、GdF3O. 7摩爾，BaF2I 摩爾。將所述各組分充分混合，通過HF氣氛處理，用液壓機壓塊得塊狀生長料。採用提拉法生長Ho = BaGdYF8晶體。將所製備的塊狀生長料裝入銥坩堝並放入中頻感應加熱單晶爐， 抽真空至10_4Pa，充入氬氣。晶體生長工藝參數確定為提拉速度O. 5mm/h，旋轉速度7rpm， 生長溫度900°C。晶體生長完畢，採用原位退火的方式緩慢將爐溫降至室溫，取出晶體。該晶體為摻欽氟化釓釔鋇晶體，屬於單斜晶系，晶體質量較好，尺寸為Φ40_Χ 60_。經測試， 欽的摻入濃度為30at. %。經光譜測試，本發明之摻欽氟化釓釔鋇晶體與現有Ho = BaY2F8晶體相比，螢光峰值波長相近，螢光峰值明顯提高，見附圖所示。
權利要求
1.一種摻欽氟化釓釔鋇晶體，屬於單斜晶系，以稀土元素欽為激活離子，其特徵在於， 晶體基質為氟化禮釔鋇，摻欽氟化禮釔鋇晶體分子式為Ho:BaYGdF8。
2.根據權利要求I所述的摻欽氟化釓釔鋇晶體，其特徵在於，欽的摻入濃度為20 50at. % ο
3.一種摻欽氟化釓釔鋇晶體生長方法，包括生長料製備、晶體生長以及退火三個步驟，其特徵在於，在生長料製備步驟中，提供F、Gd、Y、Ba元素的原料及摩爾比為 BaF2 GdF3 YF3 = I I 1，確定 HoF3 為 x 摩爾，GdF3 為(l_x)摩爾，BaF2 為 I 摩爾， 其中X的取值範圍為O. 005molImol ;在晶體生長步驟中，晶體生長工藝參數確定為 提拉速度O. 3 O. 8mm/h,旋轉速度3 lOrpm，生長溫度880 903°C。
全文摘要
摻鈥氟化釓釔鋇晶體及其生長方法屬於光電子材料技術領域。現有Ho:BaY2F8晶體摻雜濃度低，尺寸小、晶體形貌差。本發明之摻鈥氟化釓釔鋇晶體屬於單斜晶系，以稀土元素鈥為激活離子，晶體基質為氟化釓釔鋇，摻鈥氟化釓釔鋇晶體分子式為Ho:BaYGdF8。本發明之摻鈥氟化釓釔鋇晶體生長方法包括生長料製備、晶體生長以及退火三個步驟。在生長料製備步驟中，提供F、Gd、Y、Ba元素的原料及摩爾比為BaF2∶GdF3∶YF3＝1∶1∶1，確定HoF3為x摩爾，GdF3為(1-x)摩爾，BaF2為1摩爾，其中x的取值範圍為0.005mol≤x≤1mol；在晶體生長步驟中，晶體生長工藝參數確定為提拉速度0.3～0.8mm/h，旋轉速度3～10rpm，生長溫度880～903℃。
文檔編號C30B29/12GK102586870SQ20121005715
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月6日 優先權日2012年3月6日
發明者劉敏時, 劉景和, 張學建, 張山麗, 曾繁明, 李春, 林海, 苗東偉, 谷亮 申請人:長春理工大學