一种调节激光加热基座晶体生长温度梯度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种调节激光加热基座晶体生长温度梯度的装置及方法,该装置由导轨、加热光源、红外测温系统以及控制系统组成；加热光源设置在导轨上，并且可在导轨上自由滑动；控制系统与红外测温系统和加热光源连接，根据红外测温系统的温度测试结果控制加热光源滑动位置和加热温度。本发明专利技术远离激光加热基座设备的光路部分，不会对其原有的晶体生长过程产生干扰，并且该装置安装简便，配件成本较低，便于后期的替换与维修。与原有的激光加热基座技术相比，该装置可以有效的降低晶体生长过程的温度梯度，极大的提高了晶体质量。

A Device and Method for Adjusting the Temperature Gradient of Crystal Growth on Laser Heating Base

The invention relates to a device and a method for adjusting the temperature gradient of crystal growth on a laser heating base. The device consists of a guide rail, a heating light source, an infrared temperature measuring system and a control system. The heating light source is arranged on the guide rail and can slide freely on the guide rail. The control system is connected with an infrared temperature measuring system and a heating light source, and additions are controlled according to the temperature testing results of the infrared temperature measuring system. Sliding position of heat source and heating temperature. The invention is far from the optical path part of the laser heating base equipment, does not interfere with its original crystal growth process, and the device is easy to install, has low cost of accessories, and is convenient for later replacement and maintenance. Compared with the original laser heating base technology, the device can effectively reduce the temperature gradient of crystal growth process and greatly improve the crystal quality.

【技术实现步骤摘要】
一种调节激光加热基座晶体生长温度梯度的装置及方法
本专利技术涉及一种调节激光加热基座(LHPG)晶体生长温度梯度的装置及方法，属于晶体生长设备

技术介绍
激光加热基座(laserheatpedestalgrowth)晶体生长技术属于熔体法的一种，由光浮区法演变而来，主要进行单晶光纤的生长工作，同时由于其原料消耗少，生长周期短等优势又多被用于新材料的探索。近年来，该技术在美国、法国、日本等的众多研究机构得到了广泛的应用与发展。主要用于制备激光晶体光纤以及高温氧化物。激光加热基座法通过CO2激光聚焦直接对料棒加热形成熔区，通过控制激光功率来控制熔区的大小，生长过程晶体被向上牵引生长。关于激光加热基座法晶体生长设备也有诸多专利文件报道，例如：中国专利文件CN107429420A公开了使用激光加热基座生长生产薄晶体光纤的设备和方法，所述设备可包含且所述方法可采用：光能源，其用于加热源材料以形成熔化源材料的熔融区；上光纤导轨，其用于沿着经界定平移轴将生长晶体光纤拉离所述熔融区；及下馈送导轨，其用于沿着经界定平移轴将额外源材料推向所述熔融区。对于某些此类设备及采用所述设备的所述方法，所述下馈送导轨的平移轴及上光纤导轨的平移轴大体上竖直且轴向对准，以在一些情况下在约5μm的水平容限内将所述源材料水平定位在从所述光能源发射的光能路径中。然而，传统的激光加热基座晶体生长设备没有后热及保温装置，原料、晶体以及熔区都是直接裸露在气氛中，从而导致熔区附近温度梯度较大，进而晶体内部应力过大，导致晶体出现解离、开裂等缺陷，极大的降低了晶体质量。传统的解决方法是通过降低晶体的提拉速度，降低其从高温区跨越至低温区的速度，从而降低热应力。但是，这并不能从根本上对其温度梯度进行调控，对晶体质量的提升幅度较小。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供调节激光加热基座晶体生长温度梯度的装置，该装置可以灵活地对熔区附近的温度梯度进行调控。该装置结构简单，配件廉价易得，便于维修和更换，其可以对生长过程的轴向温度分布起到积极的调节作用，为高质量单晶的生长提供了保障。本专利技术还提供一种利用上述装置进行调节激光加热基座晶体生长过程温度梯度的方法。本专利技术的技术方案如下：一种调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，该装置由导轨、加热光源、红外测温系统以及控制系统组成；所述的加热光源设置在导轨上，并且可在导轨上自由滑动；所述的控制系统与红外测温系统和加热光源连接，根据红外测温系统的温度测试结果控制加热光源滑动位置和加热温度。根据本专利技术，调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置安装在激光加热基座设备炉膛中，激光加热基座设备包括CO2激光器用于产生CO2激光、原料棒固定装置用于固定晶体生长原料棒、晶体提拉装置用于提拉晶体、镀金反射镜用于激光加热基座设备中汇聚CO2激光，激光加热基座晶体生长原料棒固定于原料棒固定装置上，激光加热基座晶体生长原料棒和晶体提拉装置之间设置晶体生长熔区，CO2激光器产生CO2激光，通过镀金反射镜汇聚到晶体生长熔区，对晶体原料进行加热熔融，依次经过下种、收径、放肩、等径，提脱、降温等六个过程，生长得到目标晶体。在晶体生长熔区四周位置安装导轨，每个导轨上设置有加热光源，实现均匀的温场调节，红外测温系统安装于激光加热基座设备炉膛外侧观察窗处，通过控制系统控制加热光源的加热温度以及加热光源在导轨上的位置实现激光加热基座晶体生长温场的实时调节。根据本专利技术优选的，所述的加热光源为LD光源、氙灯、卤素灯或红外线加热灯。根据本专利技术优选的，所述的导轨的材料为不锈钢或铝合金。根据本专利技术优选的，所述的导轨的高度调节范围≥20cm，进一步优选20-30cm。根据本专利技术优选的，所述的导轨安装个数为2-5个，使得辐照区域为多个热源聚焦加热，便于实现不同程度的温场调节。根据本专利技术优选的，所述的导轨的安装位置为距提拉中心轴10-20cm，便于加热光源的安装以及聚焦。根据本专利技术优选的，所述的导轨为电动导轨，由控制系统控制同步运动，保持各个加热光源高度一致；进一步优选的，导轨上下移动速率范围为1-10mm/min。根据本专利技术优选的，所述的加热光源中心与提拉中心轴的水平距离为5-15cm，便于精准加热。根据本专利技术优选的，热源辐照区域为晶体生长熔区、晶体生长区域下方以及激光加热基座晶体生长原料棒顶部区域。进一步优选的，热源辐照区域控温精度为±10℃，热源辐照区域轴向长度为1-5cm。根据本专利技术优选的，所述的加热光源的加热温度为500-1500℃。根据本专利技术优选的，所述的红外测温系统为红外测温仪安装于炉膛外侧观察窗处，测温精度为±5℃。根据本专利技术，一种利用上述调节激光加热基座晶体生长温度梯度的装置进行温度梯度调节的方法，包括步骤如下：将导轨对称安装于激光加热基座设备提拉中心轴的四周，分别将导轨上的加热光源提升至晶体生长熔区，并使各个加热光源位于同一高度；安装晶体生长装置，关闭激光加热基座设备的炉膛，通入气氛，将籽晶杆与激光加热基座晶体生长原料棒移动至加热区域，准备进行晶体生长；利用CO2激光加热激光加热基座晶体生长原料棒形成晶体生长熔区，开启加热光源，对热源辐照区域加热温度。通过导轨实现加热位置的调整，待热源辐照区域设置完毕后，开启晶体提拉装置，进行晶体生长，生长过程中可以根据需要对辐照温度及辐照位置进行进一步的实时调节。根据本专利技术，一种温度梯度可调节的激光加热基座法晶体生长装置，包括激光加热基座设备和调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置；所述的激光加热基座设备包括CO2激光器用于产生CO2激光、原料棒固定装置用于固定晶体生长原料棒、晶体提拉装置用于提拉晶体、镀金反射镜用于激光加热基座设备中汇聚CO2激光，激光加热基座晶体生长原料棒固定于原料棒固定装置上，激光加热基座晶体生长原料棒和晶体提拉装置之间设置晶体生长熔区，CO2激光器产生CO2激光，通过镀金反射镜汇聚到晶体生长熔区，对晶体原料进行加热熔融；所述的调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置由导轨、加热光源、红外测温系统以及控制系统组成；所述的加热光源设置在导轨上，并且可在导轨上自由滑动；所述的控制系统与红外测温系统和加热光源连接，根据红外测温系统的温度测试结果控制加热光源滑动位置和加热温度；所述导轨设置在晶体生长熔区四周，实现均匀的温场调节，红外测温系统设置在激光加热基座设备炉膛外侧观察窗处，通过控制系统控制加热光源的加热温度以及加热光源在导轨上的位置实现激光加热基座晶体生长温场的实时调节。本专利技术中未详尽说明的，均按现有技术。本专利技术的有益效果：1、本专利技术调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置通过热辐照的方式对熔区附近的区域进行加热，装置距离晶体生长区域较远，并未干扰到正常CO2激光的传输路径，在保证晶体生长条件的基础上实现了温度梯度的调节。2、本专利技术调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置采用了多个加热光源同时加热的方法对温度梯度进行调节，极大地保证了温场的均匀性。3、本专利技术调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置可实现加热温度、加热区域的实时调节，可以适用于不同材料进行不同的场的调节。4本专利技术调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置安装简便，对周围环境要求较低，同时配件价格较低，便于进行维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，该装置由导轨、加热光源、红外测温系统以及控制系统组成；所述的加热光源设置在导轨上，并且可在导轨上自由滑动；所述的控制系统与红外测温系统和加热光源连接，根据红外测温系统的温度测试结果控制加热光源滑动位置和加热温度。

【技术特征摘要】
1.一种调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，该装置由导轨、加热光源、红外测温系统以及控制系统组成；所述的加热光源设置在导轨上，并且可在导轨上自由滑动；所述的控制系统与红外测温系统和加热光源连接，根据红外测温系统的温度测试结果控制加热光源滑动位置和加热温度。2.根据权利要求1所述的调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，其特征在于，所述的加热光源为LD光源、氙灯、卤素灯或红外线加热灯。3.根据权利要求1所述的调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，其特征在于，所述的导轨的材料为不锈钢或铝合金。4.根据权利要求1所述的调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，其特征在于，所述的导轨的高度调节范围≥20cm。5.根据权利要求1所述的调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，其特征在于，所述的导轨安装个数为2-5个。6.根据权利要求1所述的调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，其特征在于，所述的导轨的安装位置为距提拉中心轴10-20cm。7.根据权利要求1所述的调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，其特征在于，所述的加热光源中心与提拉中心轴的水平距离为5-15cm。8.根据权利要求1所述的调节激光加热基座法晶体生长温度梯度的装置，其特征在于，所述的加热光源的加热温度为500-1500℃。9.一种调节激光加热基座晶体生长温度梯度的方法，包括使用权利要求1-8任一项所述的装置；包括步骤如下：将导轨对称安装于激光加热基座设备提拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾志泰，王涛，陶绪堂，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37