一种生长四硼酸铝盐晶体的方法技术

本发明专利技术涉及四硼酸铝盐晶体的生长方法。该方法采用新的NaF‑AlF

【技术实现步骤摘要】
一种生长四硼酸铝盐晶体的方法
本专利技术涉及一种单晶的生长方法，具体的说是涉及四硼酸铝盐晶体的助熔剂法生长。
技术介绍
四硼酸铝盐晶体RAl3(BO3)4具有良好的物理化学性能以及较高的热导率和较小的热膨胀各向异性，耐强酸强碱，不潮解。该类晶体具有较大的非线性光学系数，适中的双折射率以及宽的透光波段，是一种优秀的非线性光学晶体材料。该类晶体中的部分R3+离子格位如果被某些稀土离子(如Nd3+，Yb3+和Er3+等)所占据，在半导体激光泵浦下可实现基波激光，因此也是一种优秀的激光晶体材料；若该晶体沿一定的相位匹配角切割，还可进一步实现自变频激光输出，从而称之为自变频激光晶体材料。由于该类晶体为非同成分熔化，所以必须采用助熔剂法进行生长。目前普遍采用的是以三氧化钼为基础的助熔剂体系，在生长过程中三氧化钼容易挥发，不仅造成晶体生长不稳定，而且Mo3+会进入晶体中成为杂质离子，从而降低所生长晶体的光学质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的助熔剂体系用于生长四硼酸铝盐单晶。该助熔剂体系能够有效降低高温溶液成分在晶体生长过程中的挥发，提高晶体生长的稳定性，从而获得厘米级尺寸和高光学质量的四硼酸铝盐单晶。本专利技术包括如下技术方案：1.一种生长四硼酸铝盐晶体的方法，其特征在于：采用NaF-AlF3-B2O3化合物体系做助熔剂生长四硼酸铝盐晶体RAl3(BO3)4，其中R为Y、Gd、Lu、Er、Yb、Nd、Dy、Tb、Sm元素中某一元素或若干元素的组合；将四硼酸铝盐化合物与NaF-AlF3-B2O3化合物体系按一定比例混合均匀后置于铂坩埚中，加热至1050-1150℃熔化并恒温一定时间，再降至溶液饱和温度点附近进行精确的饱和温度点的测试，获得精确的饱和温度点后，将溶液温度提高到饱和温度点以上5-15℃，再将固定在籽晶杆上的籽晶放入溶液中，恒温10-30小时后以0.5-3℃/天的速率降温，同时以5-30转/分的速率转动晶体。当晶体生长到所需尺寸后，停止转动晶体并提离液面，再以5-40℃/小时的速率降至室温，即可获得四硼酸铝盐晶体。2.如项1所述的方法，其特征在于：四硼酸铝盐化合物与NaF-AlF3-B2O3化合物体系间的质量百分比为(20-30):100。3.如项1所述的方法，其特征在于：NaF-AlF3-B2O3化合物体系中NaF、AlF3和B2O3化合物间的质量百分比为1:(1-2):(1.5-2.5)。利用本专利技术技术方案提出的助熔剂体系生长四硼酸铝盐晶体，可以减弱晶体生长过程中溶液某些成分的挥发，因此可以有效避免由于溶液某些成分的挥发所造成的晶体生长不稳定和晶体缺陷。采用本专利技术技术方案可生长获得大尺寸和高光学质量的四硼酸铝盐单晶，有利于提高利用该单晶制作的激光和非线性光学器件的性能。具体实施方式实例1：采用NaF-AlF3-B2O3化合物体系做助熔剂生长YAl3(BO3)4晶体分别称取43g的Y2O3、514.3g的H3BO3、58.2g的Al2O3、333.4g的AlF3·3H2O和142.9g的NaF一起置于玛瑙研钵中研磨并混合均匀。把混合均匀的原料通过高温熔料炉在1100℃分多次熔化后倒入φ70×70mm3的铂坩埚内，并放置于晶体生长炉中，将生长炉升温至1150℃恒温20小时后降至1050℃。用不断下籽晶方法确定溶液的饱和温度点，然后将溶液升温至饱和温度点以上10℃后，将事先固定在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长24小时后以1℃/天的速率降温，并以15转/分的速率转动晶体。当降温量达80℃时，停止转动晶体并提离液面，结束生长。再以40℃/小时的速率退火至室温，获得尺寸大于15×20×30mm3的优质透明YAl3(BO3)4晶体。实例2：采用NaF-AlF3-B2O3化合物体系做助熔剂生长GdAl3(BO3)4晶体分别称取64g的Gd2O3、514.3g的H3BO3、58.2g的Al2O3、333.4g的AlF3·3H2O和104.5g的NaF一起置于玛瑙研钵中研磨并混合均匀。把混合均匀的原料通过高温熔料炉在1100℃分多次熔化后倒入φ70×70mm3的铂坩埚内，并放置于晶体生长炉中，将生长炉升温至1150℃恒温15小时后降至1080℃。用不断下籽晶方法确定溶液的饱和温度点，然后将溶液升温至饱和温度点以上7℃后，将事先固定在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长20小时后以0.5℃/天的速率降温，并以20转/分的速率转动晶体。当降温量达80℃时，停止转动晶体并提离液面，结束生长。再以30℃/小时的速率退火至室温，获得尺寸大于10×25×25mm3的优质透明GdAl3(BO3)4晶体。实例3：采用NaF-AlF3-B2O3化合物体系做助熔剂生长LuAl3(BO3)4晶体分别称取71.8g的Lu2O3、509.3g的H3BO3、55.1g的Al2O3、333.4g的AlF3·3H2O和126.3g的NaF一起置于玛瑙研钵中研磨并混合均匀。把混合均匀的原料通过高温熔料炉在1150℃分多次熔化后倒入φ70×70mm3的铂坩埚内，并放置于晶体生长炉中，将生长炉升温至1150℃恒温30小时后降至1060℃。用不断下籽晶方法确定溶液的饱和温度点，然后将溶液升温至饱和温度点以上15℃后，将事先固定在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长30小时后以2℃/天的速率降温，并以25转/分的速率转动晶体。当降温量达80℃时，停止转动晶体并提离液面，结束生长。再以20℃/小时的速率退火至室温，获得尺寸大于20×30×25mm3的优质透明LuAl3(BO3)4晶体。实例4：采用NaF-AlF3-B2O3化合物体系做助熔剂生长Nd0.04Y0.96Al3(BO3)4晶体分别称取2.56g的Nd2O3、41.28g的Y2O3、514.3g的H3BO3、58.2g的Al2O3、333.4g的AlF3·3H2O和142.9g的NaF一起置于玛瑙研钵中研磨并混合均匀。把混合均匀的原料通过高温熔料炉在1100℃分多次熔化后倒入φ70×70mm3的铂坩埚内，并放置于晶体生长炉中，将生长炉升温至1150℃恒温20小时后降至1050℃。用不断下籽晶方法确定溶液的饱和温度点，然后将溶液升温至饱和温度点以上8℃后，将事先固定在籽晶杆上的籽晶缓慢地下降至液面以下，恒温半小时后降至饱和温度点。恒温生长30小时后以1.5℃/天的速率降温，并以20转/分的速率转动晶体。当降温量达80℃时，停止转动晶体并提离液面，结束生长。再以35℃/小时的速率退火至室温，获得尺寸大于20×20×30mm3的优质透明单晶Nd0.04Y0.96Al3(BO3)4晶体。实例5：采用NaF-AlF3-B2O3化合物体系做助熔剂生长Yb0.1Gd0.9Al3(BO3)4晶体分别称取7.5g的Yb2O3、57.7g的Gd2O3、514.3g的H3BO3、58.2g的Al2O3、333.4g的AlF3·3H2O和142.9g的NaF一起置于玛瑙研钵中研磨并混合均匀。把混合均匀的原料通过高温熔料炉在1100℃分多次熔化后倒入φ70×70mm3的铂坩埚内，并放置于晶体生长炉中，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生长四硼酸铝盐晶体的方法，其特征在于：采用NaF‑AlF

【技术特征摘要】
1.一种生长四硼酸铝盐晶体的方法，其特征在于：采用NaF-AlF3-B2O3化合物体系做助熔剂生长四硼酸铝盐晶体RAl3(BO3)4，其中R为Y、Gd、Lu、Er、Yb、Nd、Dy、Tb、Sm元素中某一元素或若干元素的组合；将四硼酸铝盐化合物与NaF-AlF3-B2O3化合物体系按一定比例混合均匀后置于铂坩埚中，加热至1050-1150℃熔化并恒温一定时间，再降至溶液饱和温度点附近进行精确的饱和温度点的测试，获得精确的饱和温度点后，将溶液温度提高到饱和温度点以上5-15℃，再将固定在籽晶杆上的籽晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：林炎富，陈雨金，黄艺东，黄建华，龚兴红，罗遵度，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35