一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，屬于激光晶體材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。所述方法包括：在惰性氣氛下，分別將含有亞鐵離子的摻雜物粉體以及硒化鋅晶體放置在反應(yīng)器高溫區(qū)和低溫區(qū)，通過(guò)熱擴(kuò)散來(lái)制備摻鐵硒化鋅晶體，進(jìn)一步地，切割制備的摻鐵硒化鋅晶體，并使切割的摻鐵硒化鋅晶體的摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合后，再次進(jìn)行熱擴(kuò)散。本發(fā)明實(shí)施例惰性氣氛的使用，可抑制低溫區(qū)ZnSe晶體的揮發(fā)，從而顯著提高低溫區(qū)的溫度，還可作為亞鐵離子熱擴(kuò)散的載體，進(jìn)而提高亞鐵離子的摻雜濃度；通過(guò)切割摻鐵硒化鋅晶體，并將摻鐵硒化鋅晶體摻鐵面間進(jìn)行熱鍵合后進(jìn)行二次熱擴(kuò)散，進(jìn)一步提高亞鐵離子的摻雜濃度，更利于摻鐵硒化鋅晶體中亞鐵離子的均勻分布。
【專利說(shuō)明】一種摻鐵砸化鋅激光晶體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光晶體制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]摻鐵硒化鋅(Fe2+ = ZnSe)是一種可以直接泵浦產(chǎn)生中紅外(3_5 μ m)激光輸出的紅外激光晶體材料，其作為激光器增益介質(zhì)材料，具有最大聲子能量低(250cm-l左右)、熒光壽命長(zhǎng)(0.3-100 μ S)、調(diào)諧波段寬(3.9-5.1 μ m)等優(yōu)點(diǎn)，在定向紅外激光干擾、紅外測(cè)距、紅外醫(yī)療、紅外光譜、工業(yè)檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]目前常采用熱擴(kuò)散摻雜法來(lái)制備摻鐵硒化鋅晶體，具體為:在真空條件(壓力(0.0OlPa)下，將硒化亞鐵放置在石英安瓿高溫區(qū)，將硒化鋅(ZnSe)晶體放置在石英安瓿低溫區(qū)，通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散使硒化亞鐵受熱蒸發(fā)，其中的亞鐵離子擴(kuò)散摻雜進(jìn)入硒化鋅(ZnSe)晶體中，從而制備得到摻鐵硒化鋅晶體。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:
[0005]現(xiàn)有技術(shù)為了防止固態(tài)硒化鋅晶體的揮發(fā)，熱擴(kuò)散溫度(尤其是低溫區(qū))設(shè)置較低，容易使得硒化鋅晶體 中的原子無(wú)法獲得足夠的能量離開(kāi)平衡格點(diǎn)，難以產(chǎn)生容納亞鐵離子進(jìn)入的間隙或空位，從而導(dǎo)致亞鐵離子的摻雜濃度(亞鐵離子的吸收系數(shù))較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)亞鐵離子的摻雜濃度較低的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，所述摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法為:在惰性氣氛條件下，將含有亞鐵離子的摻雜物放置在反應(yīng)器高溫區(qū)，將硒化鋅晶體放置在反應(yīng)器低溫區(qū)，通過(guò)熱擴(kuò)散使所述亞鐵離子進(jìn)入所述硒化鋅中，制備得到第一摻鐵硒化鋅激光晶體。
[0008]作為優(yōu)選，切割所述第一摻鐵硒化鋅激光晶體，并使所述切割的第一摻鐵硒化鋅激光晶體的兩個(gè)摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合，將含有亞鐵離子的摻雜物粉體放置在反應(yīng)器高溫區(qū)，將所述熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體放置在反應(yīng)器低溫區(qū)，通過(guò)二次熱擴(kuò)散使所述亞鐵離子進(jìn)入所述熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體中，制備得到第二摻鐵硒化鋅激光晶體。
[0009]具體地，對(duì)所述切割的第一摻鐵硒化鋅激光晶體的兩個(gè)摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合的條件為:在壓力小于等于IOPa的真空環(huán)境中，于500~800°C溫度下恒溫進(jìn)行至少24個(gè)小時(shí)。
[0010]作為優(yōu)選，所述含有亞鐵離子的摻雜物選自硒化亞鐵、硫化亞鐵的至少一種。
[0011]作為優(yōu)選，所述反應(yīng)器為密封的石英管。
[0012]作為優(yōu)選，所述惰性氣氛的壓力范圍為0.05atm~0.95atm。[0013]作為優(yōu)選，所述高溫區(qū)的溫度控制在1100~1300°C。
[0014]作為優(yōu)選，所述低溫區(qū)的溫度控制在900~1100°C。
[0015]作為優(yōu)選，所述熱擴(kuò)散的時(shí)間為7~60天。
[0016]作為優(yōu)選，所述熱擴(kuò)散的溫度梯度控制在10~30°C /cm。
[0017]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0018]本發(fā)明實(shí)施例提供的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，通過(guò)在惰性氣氛條件下，將高溫區(qū)的含亞鐵離子的摻雜物粉體通過(guò)熱擴(kuò)散摻雜到低溫區(qū)的硒化鋅晶中，從而制備得到摻鐵硒化鋅激光晶體。惰性氣氛的使用，不僅可抑制低溫區(qū)ZnSe晶體的揮發(fā)，從而可顯著提高低溫區(qū)的溫度，還可作為亞鐵離子熱擴(kuò)散的載體，利于亞鐵離子由高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散，從而提高亞鐵離子的摻雜濃度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法流程圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的摻鐵硒化鋅激光晶體紅外通過(guò)譜圖。
[0023]其中，I含亞鐵離子的摻雜物，
[0024]2硒化鋅晶體，
[0025]3石英管，
[0026]4剛玉管，
[0027]5加熱絲，
[0028]6高溫區(qū)，
[0029]7低溫區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)JB/T9495.3-1999光學(xué)晶體透過(guò)率測(cè)量方法來(lái)測(cè)量亞鐵離子在波長(zhǎng)3.0 μ m處的透過(guò)率，并根據(jù)所測(cè)得的透過(guò)率確定摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)(其中本發(fā)明實(shí)施例將摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)的單位設(shè)定為mnT1!^ μ m,即代表亞鐵離子在波長(zhǎng)為3.0 μ m處的吸收系數(shù))并且該吸收系數(shù)數(shù)值的變化即可表示出亞鐵離子在摻鐵硒化鋅激光晶體中摻雜濃度的高低。
[0032]實(shí)施例1
[0033]如附圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法:在惰性氣氛條件下，將含有亞鐵 離子的摻雜物I (優(yōu)選硒化亞鐵粉體、硫化亞鐵粉體中的至少一種，粉體粒徑為30目-40目)放置在反應(yīng)器高溫區(qū)，將硒化鋅晶體2放置在反應(yīng)器低溫區(qū)，通過(guò)熱擴(kuò)散使所述亞鐵離子進(jìn)入所述硒化鋅中，制備得到第一摻鐵硒化鋅激光晶體。進(jìn)一步地，將制備的第一摻鐵硒化鋅激光晶體進(jìn)行切割(例如，從中間切割等分成2等份)，并使所述切割的第一摻鐵硒化鋅激光晶體的兩個(gè)摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合(該熱鍵合的具體操作為:對(duì)切割的摻鐵硒化鋅激光晶體的兩個(gè)摻鐵面進(jìn)行光學(xué)精密加工至平面度小于等于
0.1 A @633nm，將光學(xué)處理后的兩個(gè)摻鐵面之間進(jìn)行光膠，然后將光膠后的摻鐵硒化鋅激光晶體進(jìn)行熱鍵合(即熱處理)，該兩個(gè)摻鐵面之間的熱鍵合(熱處理)在壓力小于等于IOPa的真空環(huán)境中，于500~800°C溫度下恒溫進(jìn)行至少24個(gè)小時(shí)。)。
[0034]本發(fā)明實(shí)施例提供的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，通過(guò)在惰性氣氛條件下，將高溫區(qū)的含亞鐵離子的摻雜物粉體通過(guò)熱擴(kuò)散摻雜到低溫區(qū)的硒化鋅晶體中，從而制備得到摻鐵硒化鋅激光晶體。惰性氣氛的使用，不僅可抑制低溫區(qū)ZnSe晶體的揮發(fā)，從而可顯著提高低溫區(qū)的溫度，還可作為亞鐵離子熱擴(kuò)散的載體，利于亞鐵離子由高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散，從而提高亞鐵離子的摻雜濃度。
[0035]第一摻鐵硒化鋅激光晶體的兩個(gè)摻鐵面之間熱鍵合完畢，然后在惰性氣氛(例如，氬氣、氦氣)條件下或者真空環(huán)境下，將含有亞鐵離子的摻雜物I (優(yōu)選硒化亞鐵粉體、硫化亞鐵粉體中的至少一種，粉體粒徑為30目-40目)放置在反應(yīng)器高溫區(qū)，將熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體放置在反應(yīng)器低溫區(qū)，通過(guò)二次熱擴(kuò)散使所述亞鐵離子進(jìn)入所述熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體中，制備得到第二摻鐵硒化鋅激光晶體，來(lái)進(jìn)一步提高其中亞鐵離子的摻雜濃度。此外，對(duì)第一摻鐵硒化鋅激光晶體的切割與熱鍵合，避免了亞鐵離子在摻鐵硒化鋅激光晶體中呈現(xiàn)表面高，內(nèi)部低的缺陷，明顯提高了第二摻鐵硒化鋅晶體中亞鐵離子分布的均勻性。本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的是，本發(fā)明實(shí)施例中第一摻鐵硒化鋅晶體、第二摻鐵硒化鋅晶 體都是本發(fā)明實(shí)施例期望得到含高亞鐵離子摻雜濃度的摻鐵硒化鋅晶體。
[0036]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，對(duì)摻鐵硒化鋅激光晶體的切割、熱鍵合以及二次熱擴(kuò)散的過(guò)程中，所采用的摻鐵硒化鋅激光晶體不僅可以為本發(fā)明實(shí)施例提供的第一次熱摻雜擴(kuò)散制備的摻鐵硒化鋅激光晶體，還可為其他制備方法制備得到的摻鐵硒化鋅激光晶體或者成品摻鐵硒化鋅激光晶體。
[0037]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)切割摻鐵硒化鋅激光晶體，并將摻鐵硒化鋅激光晶體兩個(gè)摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合后進(jìn)行二次熱擴(kuò)散，進(jìn)一步提高了亞鐵離子的摻雜濃度，更利于摻鐵硒化鋅晶體中亞鐵離子的均勻分布。
[0038]其中，如附圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中反應(yīng)器為密封的石英管3，如本領(lǐng)域人員所理解的，該反應(yīng)器還可為可用于熱擴(kuò)散技術(shù)的其它常規(guī)反應(yīng)器。在壓力范圍為0.05atm~
0.95atm的惰性氣氛中，將含有亞鐵離子的摻雜物I放入石英管3中的一端，將硒化鋅晶體2放入石英管3中的另一端，并將石英管進(jìn)行密封，然后將密封的石英管3放置在布有加熱絲5的剛玉管4或者電阻爐內(nèi)(4也可為電阻爐)，使放置含有亞鐵離子摻雜物I的石英管端和放置硒化鋅晶體2的石英管另一端分別位于高溫區(qū)6和低溫區(qū)7，使用加熱絲5來(lái)對(duì)石英管3進(jìn)行加熱升溫。
[0039]熱擴(kuò)散過(guò)程中，控制高溫區(qū)的溫度為1100~1300°C，控制低溫區(qū)的溫度為900~IlOO0C，并分別控制高溫區(qū)和低溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率進(jìn)行升溫至上述目標(biāo)溫度值后，保持熱擴(kuò)散時(shí)間為7~60天，熱擴(kuò)散溫度梯度控制在10~30°C /cm。如此高溫區(qū)的含亞鐵離子的摻雜物I受熱蒸發(fā)，亞鐵離子擴(kuò)散摻雜進(jìn)入低溫區(qū)的硒化鋅晶體中，其中惰性氣氛下，低溫區(qū)的溫度高達(dá)1100°c，利于在硒化鋅晶片2中形成亞鐵離子進(jìn)入的空位或間隙，使得亞鐵離子更容易由高溫區(qū)向低溫區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散，從而可明顯提高亞鐵離子的摻雜濃度。
[0040] 熱擴(kuò)散完畢后，分別將高溫區(qū)和低溫區(qū)以50~120°C /h的降溫速率降溫至室溫，然后敲碎或切斷石英管，取出摻鐵硒化鋅激光晶體，即完成摻鐵硒化鋅激光晶體的制備過(guò)程。控制降溫速率低于升溫速率可防止過(guò)快的降溫速率將缺陷引入摻鐵硒化鋅激光晶體中。
[0041]實(shí)施例2:
[0042]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，具體操作如下:選用純度為99.998%的硒化亞鐵粉體為擴(kuò)散摻雜物，以硒化鋅晶片(例如，CVD法制得的ZnSe多晶晶片)為基底材料。在惰性氣氛下(氬氣，壓力為0.05atm)，將硒化亞鐵粉體放入石英管高溫區(qū)，將硒化鋅晶片放入石英管低溫區(qū)，然后將石英管密封并放入布有加熱絲的剛玉管中。熱擴(kuò)散過(guò)程中，控制石英管高溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為1100°C，控制石英管低溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為900°C。熱擴(kuò)散恒溫時(shí)間為7天，熱擴(kuò)散溫度梯度控制在10~30°C /cm之間，如此以來(lái)，高溫區(qū)的含亞鐵離子的摻雜物粉體受熱蒸發(fā)，亞鐵離子擴(kuò)散摻雜進(jìn)入低溫區(qū)的硒化鋅晶片，從而制備得到摻鐵硒化鋅激光晶體。
[0043]惰性氣氛的使用，不僅可抑制低溫區(qū)ZnSe晶體的揮發(fā)，從而可提高低溫區(qū)的溫度至900°C，還可作為亞鐵離子熱擴(kuò)散的載體，利于亞鐵離子由高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散，從而明顯提高了亞鐵離子的摻雜濃度。
[0044]熱擴(kuò)散完畢后，分別將高溫區(qū)和低溫區(qū)以50~120°C /h的降溫速率進(jìn)行降溫至室溫，然后敲碎或切斷石英管，取出摻鐵硒化鋅激光晶體，并測(cè)得該摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)為0.35mm 43 μ m。然后在同樣操作條件下，僅僅改變熱擴(kuò)散過(guò)程的石英管內(nèi)環(huán)境為壓力< 0.0OlPa的真空環(huán)境，制備得到并測(cè)得第一對(duì)比摻鐵硒化鋅激光晶體，測(cè)得該第一對(duì)比摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)為0.16mm_1i3 μ m,由此可看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法所制備的摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的摻雜濃度明顯提高。此外，對(duì)該摻鐵硒化鋅激光晶體進(jìn)行紅外透過(guò)實(shí)驗(yàn)，如附圖3所示，在波長(zhǎng)3.0 μ m附近，本發(fā)明實(shí)施例提供的摻鐵硒化鋅激光晶體出現(xiàn)明顯的寬帶吸收，這說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例提供的方法制備出了光學(xué)性能較好的摻鐵硒化鋅激光晶體。
[0045]實(shí)施例3:
[0046]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，具體操作如下:
[0047]選用純度為99.998%的硫化亞鐵粉體為擴(kuò)散摻雜物，以硒化鋅晶片為基底材料。在惰性氣氛下(氬氣，壓力為0.5atm)，將硫化亞鐵粉體放入石英管高溫區(qū)，將硒化鋅晶片放入石英管低溫區(qū)，然后將石英管密封并放入布有加熱絲的剛玉管中。熱擴(kuò)散過(guò)程中，控制石英管高溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為1200°C，控制石英管低溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為1000°C。熱擴(kuò)散恒溫時(shí)間為12天，熱擴(kuò)散溫度梯度控制在10~30°C /cm之間，如此以來(lái)，高溫區(qū)的含亞鐵離子的摻雜物粉體受熱蒸發(fā)，亞鐵離子擴(kuò)散摻雜進(jìn)入低溫區(qū)的硒化鋅晶片，從而制備得到摻鐵硒化鋅激光晶體。[0048]惰性氣氛的使用，不僅可抑制低溫區(qū)ZnSe晶體的揮發(fā)，從而可提高低溫區(qū)的溫度至1000°C，還可作為亞鐵離子熱擴(kuò)散的載體，利于亞鐵離子由高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散，從而明顯提高了亞鐵離子的摻雜濃度。
[0049]熱擴(kuò)散完畢后，分別將高溫區(qū)和低溫區(qū)以50~120°C /h的降溫速率進(jìn)行降溫至室溫，然后敲碎或切斷石英管，取出摻鐵硒化鋅激光晶體，并測(cè)得該摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)為0.88mm 43 u m,可看出本發(fā)明實(shí)施例提供的方法所制備的摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的摻雜濃度明顯提高。
[0050]實(shí)施例4:
[0051]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，具體操作如下:
[0052]選用純度為99.998%的硒化亞鐵粉體為擴(kuò)散摻雜物，以硒化鋅晶片(ZnSe單晶晶片)為基底材料。在惰性氣氛下(氦氣，壓力為0.95atm)，將硒化亞鐵粉體放入石英管高溫區(qū)，將硒化鋅晶片放入石英管低溫區(qū)，然后將石英管密封并放入布有加熱絲的剛玉管中。熱擴(kuò)散過(guò)程中，控制石英管高溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為1300°C，控制石英管低溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為1100°C。熱擴(kuò)散恒溫時(shí)間為24天，熱擴(kuò)散溫度梯度控制在10~30°C /cm之間，如此以來(lái)，高溫區(qū)的硒化亞鐵粉體受熱蒸發(fā)，亞鐵離子擴(kuò)散摻雜進(jìn)入低溫區(qū)的硒化鋅晶片，從而制備得到摻鐵硒化鋅激光晶體。
[0053]惰性氣氛的使用，不僅可抑制低溫區(qū)ZnSe晶體的揮發(fā)，從而可提高低溫區(qū)的溫度至1000°C，還可作為亞鐵離子熱擴(kuò)散的載體，利于亞鐵離子由高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散，從而明顯提高了亞鐵離子的摻雜濃度。
[0054]熱擴(kuò)散完畢后，分別將高溫區(qū)和低溫區(qū)以50~120°C /h的降溫速率進(jìn)行降溫至室溫，然后敲碎或切斷石英管，取出摻鐵硒化鋅激光晶體，并測(cè)得該摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)為0.96mm 43 u m,可看出本發(fā)明實(shí)施例提供的方法所制備的摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的摻雜濃度明顯提高。
[0055]實(shí)施例5:
[0056]如附圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，具體操作如下:
[0057]選用純度為99.998%的硒化亞鐵粉體為擴(kuò)散摻雜物，以硒化鋅晶片(ZnSe單晶晶片)為基底材料。在惰性氣氛下(氬氣，壓力為0.05atm)，將硒化亞鐵粉體放入石英管高溫區(qū)，將硒化鋅晶片放入石英管低溫區(qū)，然后將石英管密封并放入布有加熱絲的剛玉管中。熱擴(kuò)散過(guò)程中，控制石英管高溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為1100°C，控制石英管低溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為900°C。熱擴(kuò)散恒溫時(shí)間為3.5天，熱擴(kuò)散溫度梯度控制在10~30°C /cm之間，如此以來(lái)，高溫區(qū)的含亞鐵離子的摻雜物粉體受熱蒸發(fā)，亞鐵離子擴(kuò)散摻雜進(jìn)入低溫區(qū)的硒化鋅晶片，完成第一次熱擴(kuò)散，從而制備得到第一摻鐵硒化鋅激光晶體。
[0058]該過(guò)程中，惰性氣氛的使用，不僅可抑制低溫區(qū)ZnSe晶體的揮發(fā)，從而可提高低溫區(qū)的溫度至900°C，還可作為亞鐵離子熱擴(kuò)散的載體，利于亞鐵離子由高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散，從而明顯提高了亞鐵離子的摻雜濃度。
[0059]第一次熱擴(kuò)散完畢后，分別將高溫區(qū)和低溫區(qū)以50~120°C /h的降溫速率進(jìn)行降溫至室溫，然后敲碎或切斷石英管，取出摻鐵硒化鋅激光晶體，將該第一摻鐵硒化鋅激光晶體進(jìn)行平分切割(從中間切割等分成2等份)，并使該切割的第一摻鐵硒化鋅激光晶體的摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合(熱鍵合具體為:對(duì)切割的摻鐵硒化鋅激光晶體的摻鐵面進(jìn)行光學(xué)精密加工至平面度< 0.1 λ @633nm，將光學(xué)加工后的摻鐵面之間進(jìn)行光膠，然后將光膠后的摻鐵硒化鋅激光晶體進(jìn)行熱鍵合處理，摻鐵面之間的熱鍵合在壓力< IOPa的真空環(huán)境中，于800°C溫度下恒溫進(jìn)行24個(gè)小時(shí)。)，然后在惰性氣氛條件下，將含有硫化亞鐵粉體放置在反應(yīng)器高溫區(qū)，將熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體放置在反應(yīng)器低溫區(qū)，在與第一次熱擴(kuò)散時(shí)所用條件相同的情況下，熱擴(kuò)散恒溫3.5天，通過(guò)二次熱擴(kuò)散使所述亞鐵離子進(jìn)入所述熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體中，制備得到第二摻鐵硒化鋅激光晶體，來(lái)進(jìn)一步提高其中亞鐵離子的摻雜濃度，此外，對(duì)第一摻鐵硒化鋅激光晶體的切割與熱鍵合，避免了亞鐵離子在摻鐵硒化鋅激光晶體中呈現(xiàn)表面高，內(nèi)部低的缺陷，明顯提高了第二摻鐵硒化鋅晶體中亞鐵離子分布的均勻性。
[0060]測(cè)得該第二摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)為0.63mm 43 μ m,相比相同操作條件下的一次熱擴(kuò)散的本發(fā)明實(shí)施例2中亞鐵離子的吸收系數(shù)為0.35mm 43 μ m，可看出本發(fā)明實(shí)施例提供的二次熱擴(kuò)散摻雜的方法所制備的第二摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的摻雜濃度明顯提高。
[0061]實(shí)施例6:
[0062]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，具體操作如下:
[0063]選用純度為99.998%的硒化亞鐵粉體為擴(kuò)散摻雜物，以硒化鋅晶片為基底材料。在惰性氣氛下(氬氣，壓力為0.95atm)，將硒化亞鐵粉體放入石英管高溫區(qū)，將硒化鋅晶片放入石英管低溫區(qū)，然后將石英管密封并放入布有加熱絲的剛玉管中。熱擴(kuò)散過(guò)程中，控制石英管高溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為1300°C，控制石英管低溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為1100°C。熱擴(kuò)散恒溫時(shí)間為12天，熱擴(kuò)散溫度梯度控制在10~30°C /cm之間，如此以來(lái)，高溫區(qū)的含亞鐵離子的摻雜物粉體受熱蒸發(fā)，亞鐵離子擴(kuò)散摻雜進(jìn)入低溫區(qū)的硒化鋅晶片，完成第一次熱擴(kuò)散，從而制備得到第一摻鐵硒化鋅激光晶體。
[0064]該過(guò)程中，惰性氣氛的使用，不僅可抑制低溫區(qū)ZnSe晶體的揮發(fā)，從而可提高低溫區(qū)的溫度至1100°c，還可作為亞鐵離子熱擴(kuò)散的載體，利于亞鐵離子由高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散，從而明顯提高了亞鐵離子的摻雜濃度。
[0065]第一次熱擴(kuò)散完畢后，分別將高溫區(qū)和低溫區(qū)以50~120°C /h的降溫速率進(jìn)行降溫至室溫，然后敲碎或切斷石英管，取出第一摻鐵硒化鋅激光晶體，將該第一摻鐵硒化鋅激光晶體進(jìn)行平分切割(從中間切割等分成2等份)，并使該切割的第一摻鐵硒化鋅激光晶體的摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合(熱鍵合具體為:對(duì)切割的摻鐵硒化鋅激光晶體的摻鐵面進(jìn)行光學(xué)精密加工至平面度≤0.1 λ @633nm，將光學(xué)加工后的摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合，摻鐵面之間的熱鍵合在壓力≤IOPa的真空環(huán)境中，于600°C溫度下恒溫進(jìn)行48個(gè)小時(shí)。)，然后在惰性氣氛條件下，將含有硫化亞鐵粉體放置在反應(yīng)器高溫區(qū)，將熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體放置在反應(yīng)器低溫區(qū)，在與第一次熱擴(kuò)散時(shí)所用條件相同的情況下，熱擴(kuò)散恒溫12天，通過(guò)二次熱擴(kuò)散使所述亞鐵離子進(jìn)入所述熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體中，制備得到第二摻鐵硒化鋅激光晶體，來(lái)進(jìn)一步提高其中亞鐵離子的摻雜濃度，此外，對(duì)第一摻鐵硒化鋅激光晶體的切割與熱鍵合，避免了亞鐵離子在摻鐵硒化鋅激光晶體中呈現(xiàn)表面高，內(nèi)部低的缺陷，明顯提高了第二摻鐵硒化鋅晶體中亞鐵離子分布的均勻性。
[0066]測(cè)得該摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)為1.59mm 43 Pm，相比同樣操作條件下的一次熱擴(kuò)散的本發(fā)明實(shí)施例4中亞鐵離子的吸收系數(shù)為0.96mm_1i3 u m，可看出本發(fā)明實(shí)施例提供二次熱擴(kuò)散摻雜的方法所制備的第二摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的摻雜濃度明顯提高。
[0067]實(shí)施例1:
[0068]如附圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，具體操作如下:
[0069]選用純度為99.998%的硒化亞鐵粉體為擴(kuò)散摻雜物，以硒化鋅晶片為基底材料。在惰性氣氛下(氦氣，壓力為0.6atm)，將硒化亞鐵粉體放入石英管高溫區(qū)，將硒化鋅晶片放入石英管低溫區(qū)，然后將石英管密封并放入布有加熱絲的剛玉管中。熱擴(kuò)散過(guò)程中，控制石英管高溫區(qū)以50~150°C /h的升溫速率升溫至溫度為1200°C，控制石英管低溫區(qū)以50~1500C /h的升溫速率升溫至溫度為1000°C。熱擴(kuò)散恒溫時(shí)間為5天，熱擴(kuò)散溫度梯度控制在10~30°C /cm之間，如此以來(lái)，高溫區(qū)的含亞鐵離子的摻雜物粉體受熱蒸發(fā)，亞鐵離子擴(kuò)散摻雜進(jìn)入低溫區(qū)的硒化鋅晶片，完成第一次熱擴(kuò)散，從而制備得到第一摻鐵硒化鋅激光晶體。
[0070]該過(guò)程中，惰性氣氛的使用，不僅可抑制低溫區(qū)ZnSe晶體的揮發(fā)，從而可提高低溫區(qū)的溫度至1000°c，還可作為亞鐵離子熱擴(kuò)散的載體，利于亞鐵離子由高溫區(qū)向低溫區(qū)的擴(kuò)散，從而明顯提高了亞鐵離子的摻雜濃度。
[0071]第一次熱擴(kuò)散完畢后，分別將高溫區(qū)和低溫區(qū)以50~120°C /h的降溫速率進(jìn)行降溫至室溫，然后敲碎或切斷石英管，取出第一摻鐵硒化鋅激光晶體，將該第一摻鐵硒化鋅激光晶體進(jìn)行平分切割(從中間切割等分成2等份)，并使該切割的第一摻鐵硒化鋅激光晶體的摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合(熱·鍵合具體為:對(duì)切割的摻鐵硒化鋅激光晶體的摻鐵面進(jìn)行光學(xué)精密加工至平面度< 0.1 A @633nm，將光學(xué)加工后的摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合，摻鐵面之間的熱鍵合在壓力≤IOPa的真空環(huán)境中，于500°C溫度下恒溫進(jìn)行60個(gè)小時(shí)。)，然后在惰性氣氛條件下，將含有硫化亞鐵粉體放置在反應(yīng)器高溫區(qū)，將熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體放置在反應(yīng)器低溫區(qū)，在與第一次熱擴(kuò)散時(shí)所用條件相同的情況下，熱擴(kuò)散恒溫5天，通過(guò)二次熱擴(kuò)散使所述亞鐵離子進(jìn)入所述熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體中，制備得到第二摻鐵硒化鋅激光晶體，來(lái)進(jìn)一步提高其中亞鐵離子的摻雜濃度，此外，對(duì)第一摻鐵硒化鋅激光晶體的切割與熱鍵合，避免了亞鐵離子在摻鐵硒化鋅激光晶體中呈現(xiàn)表面高，內(nèi)部低的缺陷，明顯提高了第二摻鐵硒化鋅晶體中亞鐵離子分布的均勻性。
[0072]測(cè)得該第二摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)為1.21mm_1i3 U m。然后在同樣操作條件下，僅僅將熱擴(kuò)散過(guò)程的石英管內(nèi)環(huán)境改變?yōu)閴毫?lt; 0.0OlPa的真空環(huán)境，制備得到并測(cè)得第二對(duì)比摻鐵硒化鋅激光晶體，測(cè)得該第二對(duì)比摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)為0.4Wi3 u m，可看出本發(fā)明實(shí)施例提供二次熱擴(kuò)散摻雜的方法所制備的摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的摻雜濃度明顯提高。
[0073]如表1所示，對(duì)本發(fā)明以上實(shí)施例所制備的摻鐵硒化鋅激光晶體中亞鐵離子的吸收系數(shù)進(jìn)行比較，可以看出，本發(fā)明實(shí)施例惰性氣氛的使用，可明顯提高亞鐵離子的摻雜濃度；通過(guò)切割摻鐵硒化鋅晶體，并將摻鐵硒化鋅晶體摻鐵面間進(jìn)行熱鍵合后進(jìn)行二次熱擴(kuò)散，更進(jìn)一步地提高了亞鐵離子的摻雜濃度。
[0074]表1
[0075]
【權(quán)利要求】
1.一種摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，所述摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法為:在惰性氣氛條件下，將含有亞鐵離子的摻雜物放置在反應(yīng)器高溫區(qū)，將硒化鋅晶體放置在反應(yīng)器低溫區(qū)，通過(guò)熱擴(kuò)散使所述亞鐵離子進(jìn)入所述硒化鋅中，制備得到第一摻鐵砸化鋒激光晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，所述摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法還包括:切割所述第一摻鐵硒化鋅激光晶體，并使所述切割的第一摻鐵硒化鋅激光晶體的兩個(gè)摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合，將含有亞鐵離子的摻雜物粉體放置在反應(yīng)器高溫區(qū)，將所述熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體放置在反應(yīng)器低溫區(qū)，通過(guò)二次熱擴(kuò)散使所述亞鐵離子進(jìn)入所述熱鍵合后的第一摻鐵硒化鋅激光晶體中，制備得到第二慘鐵砸化鋒激光晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，對(duì)所述切割的第一摻鐵硒化鋅激光晶體的兩個(gè)摻鐵面之間進(jìn)行熱鍵合的條件為:在壓力小于等于IOPa的真空環(huán)境中，于500~800°C溫度下恒溫進(jìn)行至少24個(gè)小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，所述含有亞鐵離子的摻雜物選自硒化亞鐵、硫化亞鐵的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)器為密封的石英管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，所述惰性氣氛的壓力范圍為0.05atm~0.95atm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，所述高溫區(qū)的溫度控制在1100~1300°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，所述低溫區(qū)的溫度控制在900~1100°C。`
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散的時(shí)間為7~60天。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摻鐵硒化鋅激光晶體的制備方法，其特征在于，所述熱擴(kuò)散的溫度梯度控制在10~30°C /cm。
【文檔編號(hào)】C30B31/08GK103590110SQ201310565663
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】夏士興, 莫小剛, 龐才印, 李興旺, 張?jiān)戮? 朱建慧 申請(qǐng)人:北京雷生強(qiáng)式科技有限責(zé)任公司, 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所