一种控制石榴石晶体晶核生长的方法技术

本发明专利技术公开了一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，采用纵向方向为[110]方向或等效方向的籽晶，对于矩形坩埚提拉法，还要同时使籽晶的[001]、

【技术实现步骤摘要】
一种控制石榴石晶体晶核生长的方法
本专利技术涉及晶体生长方法领域，具体是一种控制石榴石晶体晶核生长的方法。
技术介绍
石榴石是一类重要的晶体，在激光、闪烁、衬底、磁光等领域都有重要的应用。其中钇铝石榴石(Y3Al5O12，简写为YAG)是著名的激光介质，从小功率到大功率、从连续到脉冲固体激光都有广泛的应用；其次如钆镓石榴石(Gd3Ga5O12，简写为GGG)既是优秀的衬底晶体，也是优秀的激光基质；铽镓石榴石(Tb3Ga5O12，简写为TGG)则是性能优良的磁光晶体。制备大口径和高利用率的石榴石晶体元件是大功率固体激光及其提高生产效率和性价比的重要需求。已有申请的专利技术专利(申请号：201711090159.7)公开了一种用矩形坩埚来生长板条状晶体毛坯的方法，籽晶置于矩形坩埚内，并通过保温装置进行加热，该方法可用作于制备Yb:YAG、Nd:YAG等石榴石板状激光晶体及其他功能的石榴石板状单晶毛坯。由于石榴石通常采用高对称方向的[111]方向生长，在该方向存在三次反演对称轴沿此方向用提拉法生长的掺杂或不掺杂的YAG、GGG等晶体的核心通常表现出三次对称的晶核，YAG表现出三次对称的晶核瓣，因而，在切割晶体元件时，通常需要避开这些晶核，将晶体沿过中心线及其截面上互成120°的三个平面切割成三块(每块俗称“芽”)，如附图1所示，每“芽”约为原体积的1/3，然后再从这三个“芽”上面来切割晶体元件。对于大功率固体激光来说，通常需要切割成板条元件，一种切割方式如图1所示，可以看到，由于三次对称的三瓣核心的存在，板条的口径的宽度尺寸与晶体毛坯直径相比很小，板条的宽度小于晶体直径的50％。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，以解决现有技术石榴石籽晶生长方法存在的生长后晶体板条口径小、二次对称性差的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，用矩形或正方形坩埚并基于感应加热提拉法生长石榴石籽晶，其特征在于：提拉法中坩埚竖直放置，且坩埚、保温装置、石榴石籽晶几何形状的竖直中心轴线位于同一直线上，以坩埚底部中心作为坐标原点O，以平行于坩埚水平截面一边的方向为X轴，以平行于坩埚水平截面垂直于X轴的另一边的方向为Z轴，以竖直方向为Y轴建立三维坐标系；控制石榴石籽晶的[110]方向或与[110]方向等效的方向与Y轴负方向一致，同时控制石榴石籽晶与[110]方向或与[110]方向等效的方向相垂直的[001]方向或与[001]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行，在[110]方向或与[110]方向等效的方向上生长石榴石籽晶。所述的一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，其特征在于：当在[110]方向或与[110]方向等效的方向上生长石榴石籽晶时，还可以用同时控制与[110]方向或与[110]方向等效的方向相垂直的石榴石籽晶方向或与方向等效的方向，代替[001]方向或与[001]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行。所述的一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，其特征在于：控制石榴石籽晶的[101]方向或与[101]方向等效的方向与Y轴负方向一致，同时控制石榴石籽晶与[101]方向或与[101]方向等效的方向相垂直的[010]方向或与[010]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行，在[101]方向或与[101]方向等效的方向上生长石榴石籽晶。所述的一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，其特征在于：控制石榴石籽晶的[011]方向或与[011]方向等效的方向与Y轴负方向一致，同时控制石榴石籽晶与[011]方向或与[011]方向等效的方向相垂直的[100]方向或与[100]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行，在[011]方向或与[011]方向等效的方向上生长石榴石籽晶。所述的一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，其特征在于：所述的石榴石籽晶与[110]方向等效的方向有[nn0]、方向；所述的石榴石籽晶与[001]方向等效的方向有方向；所述的石榴石籽晶与方向等效的方向有方向；其中n为非零整数。所述的一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，其特征在于：所述的石榴石籽晶与[101]方向等效的方向有[n0n]、方向；所述的石榴石籽晶与[010]方向等效的方向有方向；其中n为非零整数。所述的一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，其特征在于：所述的石榴石籽晶与[011]方向等效的方向有[0nn]、方向；所述的石榴石籽晶与[100]方向等效的方向有方向；其中n为非零整数。与现有技术相比，本专利技术的优点为：为了解决核心对板条可用尺寸引起的限制，本专利技术基于矩形或方形坩埚、感应加热提拉法提出了一种解决方案，使得在切割板条时，板条口径的宽度可以超过晶体毛坯口径的50％，达到60～70％以上，适合制备宽口径的板条晶体元件，或者用于提高晶体毛坯在切割板条时的利用率。本专利技术通过对提拉法生长的晶体中的晶核形状和取向的控制，获得可加工宽口径晶体板条元件晶体毛坯，或者用于从晶体毛坯上切取板条激光晶体元件时提高毛坯的利用率。附图说明图1是圆形坩埚提拉法沿[111]方向生长的YAG晶体板条切割示意图(横截面)。图2是本专利技术矩形坩埚的坐标及高度、宽度、厚度方向示意图，其中图a是侧视图，图b是竖直剖视图。图3是本专利技术矩形坩埚提拉法沿[110]竖直方向、[001]平行于坩埚宽度生长的Yb:YAG核心及其板条切割示意图(横截面)。图4是本专利技术矩形坩埚提拉法沿[110]竖直方向、[1-10]平行于坩埚宽度生长的Yb:YAG核心及其板条切割示意图(横截面)。图5是本专利技术圆形坩埚提拉法沿[110]方向生长的Yb:YAG晶体应力图，其中图a是横截面应力图，图b是[001]方向观察的应力图，图c是方向观察的应力图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，采用矩形或正方形坩埚并基于感应加热提拉法生长石榴石籽晶，提拉法中坩埚竖直放置，且坩埚、保温装置、石榴石籽晶几何形状的竖直中心轴线位于同一直线上，以坩埚底部中心作为坐标原点O，以平行于坩埚水平截面一边的方向为X轴，以平行于坩埚水平截面垂直于X轴的另一边的方向为Z轴，以竖直方向为Y轴建立三维坐标系，如图2所示。控制石榴石籽晶的[110]方向或与[110]方向等效的方向与Y轴负方向一致，同时控制石榴石籽晶与[110]方向或与[110]方向等效的方向相垂直的[001]方向或与[001]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行，在[110]方向或与[110]方向等效的方向上生长石榴石籽晶。当在[110]方向或与[110]方向等效的方向上生长石榴石籽晶时，还可以用同时控制与[110]方向或与[110]方向等效的方向相垂直的石榴石籽晶方向或与方向等效的方向，代替[001]方向或与[001]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行。一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，控制石榴石籽晶的[101]方向或与[101]方向等效的方向与Y轴负方向一致，同时控制石榴石籽晶与[101]方向或与[101]方向等效的方向相垂直的[010]方向或与[010]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行，在[101]方向或与[101]方向等效的方向上生长石榴石籽晶。一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，控制石榴石籽晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，采用矩形或正方形坩埚并基于感应加热提拉法生长石榴石籽晶，其特征在于：提拉法中坩埚竖直放置，且坩埚、保温装置、石榴石籽晶几何形状的竖直中心轴线位于同一直线上，以坩埚底部中心作为坐标原点O，以平行于坩埚水平截面一边的方向为X轴，以平行于坩埚水平截面垂直于X轴的另一边的方向为Z轴，以竖直方向为Y轴建立三维坐标系；控制石榴石籽晶的[110]方向或与[110]方向等效的方向与Y轴负方向一致，同时控制石榴石籽晶与[110]方向或与[110]方向等效的方向相垂直的[001]方向或与[001]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行，在[110]方向或与[110]方向等效的方向上生长石榴石籽晶。

【技术特征摘要】
1.一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，采用矩形或正方形坩埚并基于感应加热提拉法生长石榴石籽晶，其特征在于：提拉法中坩埚竖直放置，且坩埚、保温装置、石榴石籽晶几何形状的竖直中心轴线位于同一直线上，以坩埚底部中心作为坐标原点O，以平行于坩埚水平截面一边的方向为X轴，以平行于坩埚水平截面垂直于X轴的另一边的方向为Z轴，以竖直方向为Y轴建立三维坐标系；控制石榴石籽晶的[110]方向或与[110]方向等效的方向与Y轴负方向一致，同时控制石榴石籽晶与[110]方向或与[110]方向等效的方向相垂直的[001]方向或与[001]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行，在[110]方向或与[110]方向等效的方向上生长石榴石籽晶。2.根据权利要求1所述的一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，其特征在于：当在[110]方向或与[110]方向等效的方向上生长石榴石籽晶时，还可以用同时控制与[110]方向或与[110]方向等效的方向相垂直的石榴石籽晶方向或与方向等效的方向，代替[001]方向或与[001]方向等效的方向与X轴或Z轴方向相平行。3.根据权利要求1所述的一种控制石榴石晶体晶核生长的方法，其特征在于：控制石榴石籽晶的[101]方向或与[101]方向等效的方向与Y轴负方向一致，同时控制石榴石籽晶与[101]方向或与[101]方向等效的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆礼，王小飞，张德明，窦仁勤，刘文鹏，高进云，孙贵花，罗建乔，殷绍唐，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34