一種摻雜釩酸鋱磁光晶體、生長(zhǎng)方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻雜釩酸鋱磁光晶體、生長(zhǎng)方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]磁光晶體是在紫外到紅外波段具有磁光效應(yīng)的重要功能晶體。利用其法拉第效應(yīng)可以制作磁光隔離器、磁光偏轉(zhuǎn)器、磁光開(kāi)關(guān)、磁光調(diào)制器、磁光環(huán)形器、磁光延遲器、磁光信息處理系統(tǒng)以及強(qiáng)磁場(chǎng)和高壓傳輸線的光纖電流傳感器等。
[0003]目如，商品化應(yīng)用的主流磁光晶體鋪嫁石植石(TGG)晶體，該晶體是由福建福晶科技股份有限公司在2008年研發(fā)出來(lái)的晶體，主要用于制作法拉第旋光器與隔離器的最佳磁光材料，適用波長(zhǎng)為400-1 10nm(不包括470-500nm)。其優(yōu)點(diǎn)是:TGG單晶具有較大的磁光常數(shù)、高熱導(dǎo)性、低的光損失和高激光損傷閾值，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。其缺點(diǎn)是:在高溫下，由于其組分具有揮發(fā)性，TGG晶體難以長(zhǎng)出尚質(zhì)量的晶體。
[0004]鋱鋁石榴石(TAG)及其摻雜的系列晶體的費(fèi)爾德常數(shù)約為TGG的1.5倍，同時(shí)還具有較高的透過(guò)率，是綜合性能優(yōu)異的可見(jiàn)及近紅外磁光晶體。但其熔融時(shí)為非同成分熔體，不能用提拉法生長(zhǎng)，目前還難以獲得塊狀高質(zhì)量晶體。
[0005]TbVO4晶體作為磁光晶體的應(yīng)用已被報(bào)道過(guò)，其適用波長(zhǎng)為500-1500nm，晶體在1064nm處法拉第旋轉(zhuǎn)角為TGG晶體的1.45倍，但消光比為28.7dB，比TGG晶體小(彡30dB)，影響了晶體的利用ο
[0006]基于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種摻雜釩酸鋱磁光晶體，同時(shí)還提供摻雜釩酸鋱磁光晶體制備方法、以及利用該晶體制備的光隔離器和光開(kāi)關(guān)的方法及其產(chǎn)品O
[0008]本發(fā)明提供了一種摻雜釩酸鋱的磁光晶體，其分子式為CaxMyTb1 x yV04，其中:
[0009]M為稀土元素或堿金屬元素；
[0010]X 為 0.01 彡 X 彡 0.5 ;
[0011]y 為 O 彡 y 彡 0.5。
[0012]上述晶體中:
[0013]所述稀土元素包括Sc、Y、Lu、Gd、Ca、Ce、Pr、La、Nd、Sm、Er、Pm、Sm、Eu、Dy、Ho、Tm或Yb中的一種或幾種；
[0014]所述堿金屬元素包括L1、Na、K、Rb或Cs等中的一種或幾種；
[0015]所述晶體在1064nm處法拉第旋轉(zhuǎn)角為目前商用化的TGG晶體的1.3-1.5倍。
[0016]所述磁光晶體，優(yōu)選為Ca。.Jba9VO4，其法拉第旋轉(zhuǎn)角是在1064nm處為TGG晶體的1.4倍；優(yōu)選為Caa2Ya Jba7VO4,其費(fèi)爾德常數(shù)在1064nm處為_(kāi)58rad/mT。
[0017]本發(fā)明還提供了一種磁光晶體的生長(zhǎng)方法，該生長(zhǎng)方法為提拉法。
[0018]優(yōu)選地，所述生長(zhǎng)方法包括以下步驟:
[0019](I)按CaxMyTb1 x ^04晶體化學(xué)計(jì)量比稱取原料CaCO 3^Tb4O7, V2O5,摻雜M金屬氧化物，將原料混合均勻，裝入模具中壓塊后放入坩禍進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度800-1300°C，得到摻雜隹凡酸鋪磁光晶體多晶料；
[0020](2)將得到摻雜釩酸鋱磁光晶體多晶料放入銥金坩禍中，將銥金坩禍放入單晶爐內(nèi)，抽真空并充入保護(hù)氣體，采用中頻感應(yīng)加熱方式加熱，直至多晶料熔化，使熔體混合均勻；
[0021](3)采用YVO4STbVO4為籽晶，將籽晶下入熔體中，依次經(jīng)過(guò)洗晶、收頸、放肩、等徑和收尾階段；
[0022](4)晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，將晶體提拉以與熔體脫離，并緩慢將溫度降低至室溫，并取出晶體。
[0023](5)將晶體切割成器件后，放入退火爐中退火。
[0024]上述生產(chǎn)方法中:
[0025]步驟(I)中:
[0026]燒結(jié)的時(shí)間為2-20小時(shí)；
[0027]步驟⑵:
[0028]所述的保護(hù)氣體為氬氣或者氮?dú)狻?br>[0029]步驟(3)中:
[0030]所述籽晶方向?yàn)椤?00〉、<001>和〈111〉方向；
[0031]晶體生長(zhǎng)時(shí)控制的工藝參數(shù)為:放肩角45-90°，提拉速度0.3-2mm/h、轉(zhuǎn)速12-30轉(zhuǎn)/分鐘，降溫速率0-20 °C /h ;
[0032]所述步驟⑷中:
[0033]降溫的速度為10_80°C /h。
[0034]所述步驟(5)中:
[0035]晶體退火可在空氣中、氧化氣氛或者還原氣氛下進(jìn)行。
[0036]退火可以有效提高晶體的質(zhì)量，改善晶體顏色的均勻性。
[0037]本發(fā)明還公開(kāi)了晶體在制備磁光隔離器、磁光晶體器和光開(kāi)關(guān)方面上的應(yīng)用。
[0038]本發(fā)明提供的磁光晶體具有以下有益效果:
[0039]1、本發(fā)明制得的摻雜釩酸鋱磁光晶體，具有室溫下穩(wěn)定，不分解、不潮解等優(yōu)點(diǎn)。
[0040]本發(fā)明摻雜釩酸鋱磁光單晶具有同成分熔融特性，適合用提拉法生長(zhǎng)，容易生長(zhǎng)出大尺寸晶體。生長(zhǎng)周期短，原料成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的批量生產(chǎn)，可以有效降低晶體器件的成本。
[0041]2、本發(fā)明摻雜釩酸鋱磁光晶體在1064nm處法拉第旋轉(zhuǎn)角為TGG晶體的1.3-1.5倍，與現(xiàn)有的TbVO^體相比，本發(fā)明所得晶體更易生長(zhǎng)出高品質(zhì)的晶體，晶體消光比更高(^ 32dB)。利用本發(fā)明的磁光晶體制作的磁光隔離器時(shí)由于其具有大的費(fèi)爾德常數(shù)，對(duì)磁光晶體長(zhǎng)度的要求較低，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有器件設(shè)計(jì)更緊湊，隔離器中磁光晶體的使用個(gè)數(shù)更少，成本更低等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1是制備的Ca。.Jb0.9V04^晶料X射線粉末衍射圖譜；
[0043]圖2是本發(fā)明所述偏振相關(guān)型光隔離器示意圖，其中1:起偏器；2:法拉第旋轉(zhuǎn)器；3:檢偏器，B為附加磁場(chǎng)，L為光路；
[0044]圖3是本發(fā)明所述偏振無(wú)關(guān)型光隔離器示意圖，圖中1:偏振分束器；2:法拉第旋轉(zhuǎn)器；3: λ /2波片；4:偏振分束器，B為附加磁場(chǎng)，L為光路；
[0045]圖4是本發(fā)明所述光開(kāi)關(guān)示意圖，圖中1:起偏器；2:法拉第旋轉(zhuǎn)器；3:檢偏器，4:電流脈沖發(fā)生器；Β為附加磁場(chǎng)，L為光路。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0047]實(shí)施例1:CaQ.2Y。.Jba7VO4單晶的制備
[0048](I)稱取高純?cè)螩aCO3、Tb4O7、V2OjP Y2O3,將稱量好的原料混合均勻，裝入模具中壓塊后放入坩禍進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1200°C，燒結(jié)12小時(shí)左右，得到Y(jié)和Ca摻雜TbVO4S晶料;
[0049](2)取步驟⑴得到的多晶料650克，將其放入直徑為60毫米的銥金坩禍中，再將銥金坩禍放入單晶爐內(nèi)抽真空，并充入保護(hù)性氣體氮?dú)?，采用中頻感應(yīng)加熱方式，升高溫度至1740度左右，多晶料熔化，再將溫度提高8°C，并恒溫十分鐘，使熔體混合均勻。
[0050](2)采用〈100〉方向TbVOdt為籽晶，將其緩慢降至熔體上0.5-1.5厘米處附近并停留I分鐘，再將籽晶快速降入熔體中1-1.5厘米，并迅速將籽晶從熔體中提出