一种用提拉法生长铽石榴石晶体的方法技术

本发明专利技术公开了一种用提拉法生长铽石榴石晶体的方法,其特征在于，所生长的铽石榴石晶体的分子式表示为RE3x：Tb3（1-x）Ga5O12，或RE3x：Tb3（1-x）Sc2-yAl3+yO12，还包括如下步骤：步骤1：RE：TGG或RE：TSAG的配料；步骤2：RE：TGG或RE：TSAG的压制和烧结成型；步骤3：装炉与晶体生长。本发明专利技术在大量的晶体生长实验基础上，可获得Nd、Yb、Ho、Er、Tm、Pr掺杂的稀土TGG或TSAG及其纯基质单晶的提拉生长方法，可获得Φ10mm以上的大尺寸单晶。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及单晶生长
，尤其涉及一种掺杂稀土或过度金属离子的铽石榴石晶体生长方法。
技术介绍
TGG晶体或TSAG晶体为立方晶系石榴石结构，TGG晶体或TSAG晶体具有大的磁光常数、低的光损失、高热导性和高激光损伤阈值，广泛应用于YAG、掺Ti蓝宝石等多级放大、环型、种子注入激光器中。TGG晶体或TSAG晶体是用于制作法拉第旋光器与隔离器的最佳磁光材料。在TGG晶体或TSAG晶体中掺杂Nd、Yb、Ho、Er、Tm、Pr等稀土离子，可使其晶体发射荧光，具备成为激光增益介质的首选材料，此外由于晶体本身所具备的磁光性能，因此RE:TGG,或RE:TSAG晶体可作为磁光激光材料，应用于激光器中。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种铽石榴石晶体生长方法；具体的本专利技术在大量的晶体生长实验基础上，可获得Nd，Yb, Ho, Er, Tm, Pr掺杂的稀土 TGG或TSAG及其纯基质单晶的提拉生长方法，可获得ΦΙΟπιπι以上的大尺寸单晶。为达到上述目的，本专利技术所提出的技术方案为:，其特征在于，所生长的铽石榴石晶体的分子式表示为RE3x:Tb 3(1_x)Ga5012 (RE:TGG)，或 RE3x:Tb 3 a_x)Sc2_yAl3+y012 (RE:TSAG)，其中: RE代表稀土掺杂离子Nd、Yb、Ho、Er、Tm或Pr ; 下标X表示掺杂替代量，取值范围为0-1 ; 下标I需要满足-0.2彡y彡0.2 ; 还包括如下步骤: 步骤1:RE:TGG或RE:TSAG的配料: 1.1.1固相合成原料时:A、当RE为Pr时，采用Pr6012、Tb4O7,Ga2O3.Sc2O3和Al 203为原料，按照下化合式进行配料: 0.75 (l-χ) Tb4O7+ 0.5xPr6012+2.5Ga203— Pr 3x:Tb 3 (1_x)Ga5O12 +0.375 (1+x) O2 个；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 个； B、RE为 Nd、Yb、Ho、Er、Tm，时，采用 RE2O3、Tb4O7、Ga2O3、Sc2O3和 Al 203为原料，按照下化合式进行配料:0.75 (1-X)Tb4O7+ 1.5xRE203+2.5Ga203—RE 3x:Tb 3 (1_x)Ga5012 +0.375 (1-X)O2 个； 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液相合成原料时: 用Tb4O7,金属Ga，以及RE2O3作为原始材料合成RE:TGG前躯体粉末；或用Tb 407，Sc2O3,Al (NO3) 3.9Η20，以及RE2O3作为原始材料合成RE:TSGG前躯体粉末；将这些化合物分别溶于过量的硝酸或去离子水中，得到这些化合物的硝酸盐溶液；将硝酸盐溶液按RE:TGG，或RE:TSAG中阳离子的比例混合于容器中搅拌使其混合均匀；将混合物滴加到沉淀剂(NH4HCO3)溶液中，并剧烈搅拌，滴定结束后陈化、抽滤；将沉淀物水洗，再用酒精洗，然后将沉淀物放入干燥箱中烘烤，制得前驱体； 步骤2:RE:TGG或RE:TSAG的压制和烧结成型:将配好的原料进行充分混合后，用模具压制成型，在800-1700°C下烧结10-48小时，为使原料充分反应，可以反复研磨烧结1-4次，使其成为RE:TGG或RE:TSAG晶体生长的初始原料； 步骤3:装炉与晶体生长:所述的晶体生长初始原料为制备的RE:TGG，或RE:TSAG原料；RE:TGG，或RE:TSAG原料加热融化后为熔体；晶体生长所用的籽晶为TGG或TSAG单晶，籽晶方向为晶体对称性最高方向或其他任意方向。进一步，步骤3中晶体生长结束后，可使晶体保持在熔体中或提拉出熔体，然后在10-96小时之内降至室温，即可取出生长的RE:TGG，或RE:TSAG单晶。进一步，所述的原料Tb4O7iGa, RE2O3'Sc2O3'Al (NO3)3.9H20、Pr6O12, Ga203、Al2O3可用相应的金属元素的其他化合物来代替，且沉淀剂也可用其他物质代替，但需满足能通过化合反应能最终形成RE:TGG，或RE:TSAG化合物这一条件。进一步，考虑在晶体生长过程中，设所述的晶体中某元素的分凝系数为k，k=0.01-1，则当所述的1.1步骤中该化合物的质量为W时，则在配料中应调整为W/k。采用所述技术方案，本专利技术所述的用提拉法生长铽石榴石晶体的方法在大量的晶体生长实验基础上，可获得Nd、Yb、Ho、Er、Tm、Ce、Pr掺杂的稀土 TGG或TSAG及其纯基质单晶的提拉生长方法，可获得OlOmm以上的大尺寸单晶。【具体实施方式】下面结合具体实施例，对本专利技术做进一步说明。本专利技术所述的用提拉法生长铽石榴石晶体的方法，所生长的晶体的分子式可表示RE3x:Tb 3 a_x)Ga5012 (RE:TGG),或 RE3x:Tb 3 a_x)Sc2_yAl3+y012 (RE:TSAG)，其中: 1.1 RE 代表稀土掺杂离子 Nd, Yb, Ho, Er, Tm, Pr; 1.2下标X表示掺杂替代量，取值范围为0-1 ; 1.3下标J需要满足-0.2彡y彡0.2 ; 具体的，本专利技术所述的提拉法生长铽石榴石晶体的方法，包括如下步骤: 2、RE:TGG或RE:TSAG的配料方法: 2.1当采用固相反应，其RE为Pr时，采用Pr6012、Tb407、Ga203、Sc203和Al 203为原料，按照下化合式进行配料: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 个；2.2 当采用固相反应，其 RE 为 Nd、Yb、Ho、Er、Tm 时，RE2O3' Tb4O7' Ga2O3、Sc2O3和 Al 203为原料，按照下化合式进行配料:0.75 (1-X)Tb4O7+ 1.5xRE203+2.5Ga203—RE 3x:Tb 3 (1__x)Ga5012 +0.375 (l_x)02 个；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 个； 2.3当采用液相反应时，用Tb4O7,金属Ga，以及RE2O3作为原始材料合成RE:TGG前躯体粉末；或用Tb4O7, Sc2O3, Al (NO3)3.9H20，以及RE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用提拉法生长铽石榴石晶体的方法，其特征在于，所生长的铽石榴石晶体的分子式表示为RE3x：Tb3（1‑x）Ga5O12简称RE：TGG，或RE3x：Tb3（1‑x）Sc2‑yAl3+yO12简称RE：TSAG，其中：RE代表稀土掺杂离子Nd、Yb、Ho、Er、Tm或Pr；下标x表示掺杂替代量，取值范围为0‑1；下标y需要满足‑0.2≤y≤0.2；还包括下述步骤：步骤1：RE：TGG或RE：TSAG的配料；步骤2：RE：TGG或RE：TSAG的压制和烧结成型：将配好的原料进行充分混合后，用模具压制成型，在800‑1700℃下烧结10‑48小时，为使原料充分反应，可以反复研磨烧结1‑4次，使其成为RE：TGG或RE：TSAG晶体生长的初始原料；步骤3：装炉与晶体生长：所述的晶体生长初始原料为制备的RE：TGG，或RE：TSAG原料；RE：TGG，或RE：TSAG原料加热融化后为熔体；晶体生长所用的籽晶为TGG或TSAG单晶，籽晶方向为晶体对称性最高方向或其他任意方向。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴砺，卢秀爱，陈燕平，柯文炮，陈卫民，
申请(专利权)人：福州高意光学有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35