一種用提拉法生長(zhǎng)鋱石榴石晶體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單晶生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種摻雜稀土或過(guò)度金屬離子的鋱石榴石晶體生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TGG晶體或TSAG晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，TGG晶體或TSAG晶體具有大的磁光常數(shù)、低的光損失、高熱導(dǎo)性和高激光損傷閾值，廣泛應(yīng)用于YAG、摻Ti藍(lán)寶石等多級(jí)放大、環(huán)型、種子注入激光器中。TGG晶體或TSAG晶體是用于制作法拉第旋光器與隔離器的最佳磁光材料。
[0003]在TGG晶體或TSAG晶體中摻雜Nd、Yb、Ho、Er、Tm、Pr等稀土離子，可使其晶體發(fā)射熒光，具備成為激光增益介質(zhì)的首選材料，此外由于晶體本身所具備的磁光性能，因此RE:TGG,或RE:TSAG晶體可作為磁光激光材料，應(yīng)用于激光器中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種鋱石榴石晶體生長(zhǎng)方法；具體的本發(fā)明在大量的晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可獲得Nd，Yb, Ho, Er, Tm, Pr摻雜的稀土 TGG或TSAG及其純基質(zhì)單晶的提拉生長(zhǎng)方法，可獲得ΦΙΟπιπι以上的大尺寸單晶。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案為:一種用提拉法生長(zhǎng)鋱石榴石晶體的方法，其特征在于，所生長(zhǎng)的鋱石榴石晶體的分子式表示為RE3x:Tb 3(1_x)Ga5012 (RE:TGG)，或 RE3x:Tb 3 a_x)Sc2_yAl3+y012 (RE:TSAG)，其中:
RE代表稀土摻雜離子Nd、Yb、Ho、Er、Tm或Pr ;
下標(biāo)X表示摻雜替代量，取值范圍為0-1 ;
下標(biāo)I需要滿足-0.2彡y彡0.2 ;
還包括如下步驟:
步驟1:RE:TGG或RE:TSAG的配料:
1.1.1固相合成原料時(shí):
A、當(dāng)RE為Pr時(shí)，采用Pr6012、Tb4O7,Ga2O3.Sc2O3和Al 203為原料，按照下化合式進(jìn)行配料:
0.75 (l-χ) Tb4O7+ 0.5xPr6012+2.5Ga203— Pr 3x:Tb 3 (1_x)Ga5O12 +0.375 (1+x) O2 個(gè)；
0.75 (l_x) Tb4O7+ 0.5xPr6012+0.5 (2-y) Sc203+0.5 (3+y) A1203— Pr 3x:Tb 3 (1_x)Sc2一yAl3+y012 +0.375 (1+x) O2 個(gè)；
B、RE為 Nd、Yb、Ho、Er、Tm，時(shí)，采用 RE2O3、Tb4O7、Ga2O3、Sc2O3和 Al 203為原料，按照下化合式進(jìn)行配料:
0.75 (1-X)Tb4O7+ 1.5xRE203+2.5Ga203—RE 3x:Tb 3 (1_x)Ga5012 +0.375 (1-X)O2 個(gè)；
0.75 (l_x)Tb407+ 0.5xPr6012+0.5(2-y)Sc203+0.5(3+y)Al203— RE 3x:Tb 3(1_x)Sc2_yAl3+y012+0.375 (1-x) O2 i ； 1.1.2液相合成原料時(shí):
用Tb4O7,金屬Ga，以及RE2O3作為原始材料合成RE:TGG前軀體粉末；或用Tb 407，Sc2O3,Al (NO3) 3.9Η20，以及RE2O3作為原始材料合成RE:TSGG前軀體粉末；將這些化合物分別溶于過(guò)量的硝酸或去離子水中，得到這些化合物的硝酸鹽溶液；將硝酸鹽溶液按RE:TGG，或RE:TSAG中陽(yáng)離子的比例混合于容器中攪拌使其混合均勻；將混合物滴加到沉淀劑(NH4HCO3)溶液中，并劇烈攪拌，滴定結(jié)束后陳化、抽濾；將沉淀物水洗，再用酒精洗，然后將沉淀物放入干燥箱中烘烤，制得前驅(qū)體；
步驟2:RE:TGG或RE:TSAG的壓制和燒結(jié)成型:將配好的原料進(jìn)行充分混合后，用模具壓制成型，在800-1700°C下燒結(jié)10-48小時(shí)，為使原料充分反應(yīng)，可以反復(fù)研磨燒結(jié)1-4次，使其成為RE:TGG或RE:TSAG晶體生長(zhǎng)的初始原料；
步驟3:裝爐與晶體生長(zhǎng):所述的晶體生長(zhǎng)初始原料為制備的RE:TGG，或RE:TSAG原料；RE:TGG，或RE:TSAG原料加熱融化后為熔體；晶體生長(zhǎng)所用的籽晶為T(mén)GG或TSAG單晶，籽晶方向?yàn)榫w對(duì)稱(chēng)性最高方向或其他任意方向。
[0006]進(jìn)一步，步驟3中晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，可使晶體保持在熔體中或提拉出熔體，然后在10-96小時(shí)之內(nèi)降至室溫，即可取出生長(zhǎng)的RE:TGG，或RE:TSAG單晶。
[0007]進(jìn)一步，所述的原料Tb4O7iGa, RE2O3'Sc2O3'Al (NO3)3.9H20、Pr6O12, Ga203、Al2O3可用相應(yīng)的金屬元素的其他化合物來(lái)代替，且沉淀劑也可用其他物質(zhì)代替，但需滿足能通過(guò)化合反應(yīng)能最終形成RE:TGG，或RE:TSAG化合物這一條件。
[0008]進(jìn)一步，考慮在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，設(shè)所述的晶體中某元素的分凝系數(shù)為k，k=0.01-1，則當(dāng)所述的1.1步驟中該化合物的質(zhì)量為W時(shí)，則在配料中應(yīng)調(diào)整為W/k。
[0009]采用所述技術(shù)方案，本發(fā)明所述的用提拉法生長(zhǎng)鋱石榴石晶體的方法在大量的晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可獲得Nd、Yb、Ho、Er、Tm、Ce、Pr摻雜的稀土 TGG或TSAG及其純基質(zhì)單晶的提拉生長(zhǎng)方法，可獲得OlOmm以上的大尺寸單晶。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]本發(fā)明所述的用提拉法生長(zhǎng)鋱石榴石晶體的方法，所生長(zhǎng)的晶體的分子式可表示RE3x:Tb 3 a_x)Ga5012 (RE:TGG),或 RE3x:Tb 3 a_x)Sc2_yAl3+y012 (RE:TSAG)，其中:
1.1 RE 代表稀土摻雜離子 Nd, Yb, Ho, Er, Tm, Pr;
1.2下標(biāo)X表示摻雜替代量，取值范圍為0-1 ;
1.3下標(biāo)J需要滿足-0.2彡y彡0.2 ;
具體的，本發(fā)明所述的提拉法生長(zhǎng)鋱石榴石晶體的方法，包括如下步驟:
2、RE:TGG或RE:TSAG的配料方法:
2.1當(dāng)采用固相反應(yīng)，其RE為Pr時(shí)，采用Pr6012、Tb407、Ga203、Sc203和Al 203為原料，按照下化合式進(jìn)行配料:
0.75 (1-X)Tb4O7+ 0.5xPr6012+2.5Ga203—Pr 3x:Tb 3 (1__x)Ga5012 +0.375 ( 1+x) O2 f ；
0.75 (1-X)Tb4O7+ 0.5xPr6012+0.5 (2-y) Sc203+0.5 (3+y) A1203—Pr 3x:Tb 3 (卜x)Sc2一yAl3+y012 +0.375 (1+x) O2 個(gè)；
2.2 當(dāng)采用固相反應(yīng)，其 RE 為 Nd、Yb、Ho、Er、Tm 時(shí)，RE2O3' Tb4O7' Ga2O3、Sc2O3和 Al 203為原料，按照下化合式進(jìn)行配料:
0.75 (1-X)Tb4O7+ 1.5xRE203+2.5Ga203—RE 3x:Tb 3 (1__x)Ga5012 +0.375 (l_x)02 個(gè)；
0.75 (1-X)Tb4O7+ 0.5xPr6012+0.5 (2-y) Sc203+0.5 (3+y) Al2O3 — RE 3x:Tb 3 (卜x)Sc2一yAl3+y012 +0.375 (l-χ) O2 個(gè)；
2.3當(dāng)采用液相反應(yīng)時(shí)，用Tb4O7,金屬Ga，以及RE2O3作為原始材料合成RE:TGG前軀體粉末；或用Tb4O7, Sc2O3, Al (NO3)3.9H20，以及RE2O3作為原始材料合成RE:TSGG前軀體粉末；首先將這些化合物分別溶于過(guò)量的硝酸或去離子水中，得到這些化合物的硝酸鹽溶液；然后將這些硝酸鹽溶液按RE:TGG，或RE:TSAG中陽(yáng)離子的比例混合于容器中攪拌使其混合均勻；再將混合物滴加到沉淀劑(NH4HCO3)溶液中，并劇烈攪拌，滴定結(jié)束后陳化、抽濾；最后將沉淀物水洗，再用酒精洗，然后將沉淀物放入干燥箱中烘烤，制得前驅(qū)體；
2.4 所用原料 Tb407、Ga、RE2O3'Sc2O3'Al (NO3)3.9H20、Pr