專(zhuān)利名稱(chēng)：一種紫外低吸收YAl₃(BO₃)₄晶體的生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單晶的生長(zhǎng)方法，具體地說(shuō)是涉及激光自倍頻晶體YAl3 (BO3) 4的 助熔劑生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
激光自倍頻晶體YAl3 (BO3) 4具有較大的非線性光學(xué)系數(shù)，適中的雙折射率，具有良 好的物理化學(xué)性能，不潮解，具有較好的熱導(dǎo)性和較小熱膨脹各向異性，莫氏硬度為8。由于 YAB為非同成分熔化，所以必須采用助熔劑法生長(zhǎng)單晶，普遍采用而且最成熟的是以三鉬酸 鉀為基礎(chǔ)的助熔劑體系。采用鉬酸鹽作為助熔劑生長(zhǎng)的YAl3(BO3)4單晶在300nm以下就開(kāi) 始出現(xiàn)較強(qiáng)的吸收，到280nm左右透過(guò)率已經(jīng)小于1%，所以一般認(rèn)為YAl3(BO3)4晶體不能 應(yīng)用在紫外光區(qū)。但是從組成YAl3(BO3)4晶體的幾種元素來(lái)分析，其本征紫外透過(guò)截止波 長(zhǎng)應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于300nm。由于采用傳統(tǒng)鉬酸鹽做助熔劑導(dǎo)致了 YAl3(BO3)4晶體在紫外區(qū)的 吸收，限制了其在短波長(zhǎng)的潛在應(yīng)用。由于采用傳統(tǒng)鉬酸鹽做助熔劑導(dǎo)致了 YAl3(BO3)4晶 體在紫外區(qū)的吸收，限制了其在短波長(zhǎng)的潛在應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于采用新的助熔劑體系生長(zhǎng)紫外低吸收的YAl3(BO3)4晶體，為 YAl3(BO3)4晶體在紫外區(qū)的非線性光學(xué)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)程序如下1)按照 YAl3 (BO3)4 Li2CO3 Al2O3 B2O3 摩爾比為 1 1 5. 5 1 8 3 15 禾口 YAl3(BO3)4 Li2CO3 Al2O3 B2O3 LiF 摩爾比為 1 1.5 2 4 2 6 6 14 1 4的最佳比例稱(chēng)量，采用高純度的氧化釔、氧化鋁、碳酸鋰、氧化硼及氟化鋰等各種 原料混合均勻，經(jīng)過(guò)多次添料熔融之后，裝入鉬坩堝，置于馬弗爐中熔融，每次熔化時(shí)間不 少于2小時(shí)，然后將鉬坩堝自然冷卻至室溫。冷卻后的鉬坩堝放入生長(zhǎng)爐中，使用鉬攪拌桿 對(duì)熔體進(jìn)行攪拌，使得熔體能夠完全熔解。將生長(zhǎng)爐的溫度恒定在1150°C左右，恒溫24 72小時(shí)，然后取出鉬攪拌桿，降溫至飽和溫度附近，用籽晶嘗試法尋找晶體生長(zhǎng)的飽和溫 度。找到飽和溫度之后，在飽和溫度以上10 25°C，將已固定在籽晶桿上的籽晶引入至熔 體表面，在恒溫30 60分鐘后，降溫至飽和溫度附近。籽晶用不同方法固定于籽晶桿上， 進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的籽晶取向?yàn)榇怪庇谒揭好?，方向?yàn)?001)方向。2)晶體開(kāi)始生長(zhǎng)。在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)節(jié)降溫速率或晶體轉(zhuǎn)動(dòng)速率或晶 體轉(zhuǎn)動(dòng)的方向或他們的組合，來(lái)控制晶體的生長(zhǎng)速度。在晶體生長(zhǎng)初期，可以恒溫1 3天， 根據(jù)肉眼觀察判斷籽晶的生長(zhǎng)狀態(tài)，或降溫或恒溫或升溫以控制晶體的初期生長(zhǎng)，待進(jìn)入 正常狀態(tài)后，以0. 1 5°C /天的速率降溫，同時(shí)以0 30轉(zhuǎn)/分的速率旋轉(zhuǎn)晶體。晶體生 長(zhǎng)參數(shù)為1080-900°C。在不同的生長(zhǎng)階段，可視情況的變化，采用不同的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)動(dòng)方向， 直至晶體達(dá)到所需的尺寸。3)晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，出爐方式是提升籽晶桿，使晶體脫離液面，以不大于50°C /h的速率降溫至室溫。
具體實(shí)施方案實(shí)施例1 按照YAl3(BO3)4 Li2CO3 Al2O3 B2O3 摩爾比為 1 4. 5 3 12，稱(chēng)取 Y2O312. 645克、Li2C0337. 536克、Al20351. 796克、B203121克，將這四種原料一起裝入混料桶 中混合均勻，原料分多次倒入Φ60πιπι的鉬坩堝中，置于馬弗爐中熔化，每次填料后原料熔 化時(shí)間不少于2小時(shí)，將冷卻后的鉬坩堝放入生長(zhǎng)爐中，升溫至1150°C，并攪拌熔體，恒溫 72小時(shí)，停止攪拌后用籽晶嘗試法尋找晶體生長(zhǎng)的飽和溫度，在飽和溫度以上20°C恒溫， 將生長(zhǎng)籽晶緩慢地下至熔液表面，籽晶的取向?yàn)?001)方向，溫度降至飽和溫度附近，恒 溫生長(zhǎng)72小時(shí)，再根據(jù)晶體的生長(zhǎng)狀況，或升或降或恒溫。晶體進(jìn)入正常生長(zhǎng)狀態(tài)后，以 0. 5°C /天的速率降溫，并伴以9轉(zhuǎn)/分的速率轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著晶體的生長(zhǎng)調(diào)整降溫速率。當(dāng)降 溫約為25°C左右時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，晶體生長(zhǎng)結(jié)束，提起晶體，以30°C /小時(shí)的速率退火至室溫。 獲得25 X 25 X IOmm3的無(wú)色透明單晶。實(shí)施例2:按照YAl3(BO3)4 Li2CO3 Al2O3 B2O3 摩爾比為 1 4.5 2. 75 11. 75，稱(chēng) 取Y2O3 11. 29克、Li2CO3 33. 25克、Α120343· 34克、B2O3 102克，將這四種原料一起裝入混 料桶中混合均勻，原料分多次倒入Φ60πιπι的鉬坩堝中，置于馬弗爐中熔化，每次填料后原 料熔化時(shí)間不少于2小時(shí)，將冷卻后的鉬坩堝放入生長(zhǎng)爐中，升溫至1150°C，并攪拌熔體， 恒溫72小時(shí)，停止攪拌后用籽晶嘗試法尋找晶體生長(zhǎng)的飽和溫度，在飽和溫度以上20°C恒 溫，將生長(zhǎng)籽晶緩慢地下至熔液表面，籽晶的取向?yàn)?001)方向，溫度降至飽和溫度附近， 恒溫生長(zhǎng)72小時(shí)，再根據(jù)晶體的生長(zhǎng)狀況，或升或降或恒溫。晶體進(jìn)入正常生長(zhǎng)狀態(tài)后，以 0. rc/天的速率降溫，并伴以9轉(zhuǎn)/分的速率轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著晶體的生長(zhǎng)適時(shí)調(diào)整降溫速率。當(dāng) 降溫約為30°C左右時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，晶體生長(zhǎng)結(jié)束，提起晶體，以28°C /小時(shí)的速率退火至室 溫。獲得20X20X 12mm3的無(wú)色透明單晶。實(shí)施例3:按照YAl3(BO3)4 Li2CO3 Al2O3 B2O3 LiF摩爾比為 1.5 3. 5 3 10 2， 稱(chēng)取 Y2O3 18. 064 克、Li2CO3 27. 8 克、Al20357. 1 克、B2O3 101. 15 克、LiF 5. 6 克，將這五種原 料一起裝入混料桶中混合均勻，原料分多次倒入Φ70πιπι的鉬坩堝中，置于馬弗爐中熔化， 每次填料后原料熔化時(shí)間不少于2小時(shí)，將冷卻后的鉬坩堝放入生長(zhǎng)爐中，升溫至1150°C， 同時(shí)攪拌熔體，恒溫72小時(shí)，停止攪拌后用籽晶嘗試法尋找晶體生長(zhǎng)的飽和溫度。在飽和 溫度以上20°C恒溫，將生長(zhǎng)籽晶緩慢地下至熔液表面，籽晶的取向?yàn)?001)方向，溫度降至 飽和溫度附近，恒溫生長(zhǎng)48小時(shí)，根據(jù)晶體的生長(zhǎng)狀況，或升或降或恒溫。晶體進(jìn)入正常生 長(zhǎng)狀態(tài)后，以0. 5°C /天的速率降溫，以15轉(zhuǎn)/分的速率旋轉(zhuǎn)晶體，晶體轉(zhuǎn)動(dòng)方向是順時(shí)針 方向和逆時(shí)針?lè)较蚪惶孢M(jìn)行。降溫速率隨著晶體的生長(zhǎng)適時(shí)調(diào)整。當(dāng)降溫約為36°C左右 時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，晶體生長(zhǎng)結(jié)束，提起晶體，以25°C /小時(shí)的速率退火至室溫。獲得10克左右 的無(wú)色透明單晶。實(shí)施例4:按照YAl3(BO3)4 Li2CO3 Al2O3 B2O3 LiF摩爾比為 1.5 2. 5 3 8 4，稱(chēng)取 Y2O3 18. 064 克、Li2C0319. 51 克、Al2O3 57. 1 克、B2O3 105. 24 克、LiF 10. 98 克，將這 五種原料一起裝入混料桶中混合均勻，原料分多次倒入Φ60πιπι的鉬坩堝中，置于馬弗爐中 熔化，每次填料后原料熔化時(shí)間不少于2小時(shí)，將冷卻后的鉬坩堝放入生長(zhǎng)爐中，升溫至 1150°C，同時(shí)攪拌熔體，恒溫72小時(shí)，停上攪拌后用籽晶嘗試法尋找晶體生長(zhǎng)的飽和溫度。 在飽和溫度以上20°C恒溫，將生長(zhǎng)籽晶緩慢地下至熔液表面，籽晶的取向?yàn)?001)方向，溫 度降至飽和溫度附近，恒溫生長(zhǎng)48小時(shí)，根據(jù)晶體的 生長(zhǎng)狀況，或升或降或恒溫。晶體進(jìn)入 正常生長(zhǎng)狀態(tài)后，以0. 5°C /天的速率降溫，以9轉(zhuǎn)/分的速率旋轉(zhuǎn)晶體。降溫速率隨著晶 體的生長(zhǎng)適時(shí)調(diào)整。當(dāng)降溫約為27°C左右時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，晶體生長(zhǎng)結(jié)束，提起晶體，以26°C / 小時(shí)的速率退火至室溫。獲得20 X 20 X IOmm3的無(wú)色透明單晶。
權(quán)利要求
采用熔鹽法生長(zhǎng)紫外低吸收YAl3(BO3)4晶體的方法，其特征在于采用Li2CO3-Al2O3-B2O3體系或Li2CO3-Al2O3-B2O3-LiF體系作為助熔劑體系。
2.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)YA13(B03)4晶體的方法，其特征在于采用含Y，A1，和Li 的相應(yīng)氧化物或碳酸鹽或硝酸鹽或草酸鹽或硼酸鹽或氫氧化物或其銨鹽和H3B03或B203為 原料，按照YAB-Li2C03_Al203-B203的含量克分子比為1 1 5. 5 1 8 3 15，采用 熔鹽法在熔體表面或熔體中生長(zhǎng)晶體；晶體生長(zhǎng)參數(shù)為1080-900°C，降溫速率0. 5 5°C / 天，同時(shí)以5-30轉(zhuǎn)/分的速率旋轉(zhuǎn)晶體，待晶體生長(zhǎng)到所需尺度后，提起籽晶使其脫離液 面，并以不大于100°C /h的速率降至室溫，便可獲得大尺寸的YAB晶體。
3.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)YA13(B03)4晶體的方法，其特征在于采用含Y，A1，和Li 的相應(yīng)氧化物或碳酸鹽或硝酸鹽或草酸鹽或硼酸鹽或氫氧化物或其銨鹽和H3bo3或B2O3和 LiF為原料，按照YAB-Li2C03_Al203-B203-LiF的含量克分子比為1 1 5. 5 1 8 3 15 1 4，采用熔鹽法在熔體表面或熔體中生長(zhǎng)晶體；晶體生長(zhǎng)參數(shù)為1080-900°C，降溫 速率0. 5 5°C /天，同時(shí)以5-30轉(zhuǎn)/分的速率旋轉(zhuǎn)晶體，待晶體生長(zhǎng)到所需尺度后，提起 籽晶使其脫離液面，并以不大于100°C /h的速率降至室溫，便可獲得大尺寸的YAB晶體。
全文摘要
本發(fā)明涉及YAl3(BO3)4非線性光學(xué)晶體的生長(zhǎng)方法。該方法使用了新的助熔劑Li2CO3-Al2O3-B2O3體系和Li2CO3-Al2O3-B2O3-LiF體系，可以較大幅度地降低晶體的生長(zhǎng)溫度，避免了助熔劑引入的過(guò)渡金屬雜質(zhì)引起的晶體紫外透過(guò)率下降，可以穩(wěn)定地生長(zhǎng)出尺寸為厘米級(jí)、質(zhì)量較好的YAl3(BO3)4晶體；此外，該工藝生長(zhǎng)晶體的速度較快，成本低廉，對(duì)設(shè)備要求低，操作簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G02F1/355GK101831706SQ20091011125
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者葉寧, 陳嘯 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所