【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于晶体生长领域，涉及硅酸镓镧系列晶体及含有该晶体的器件，具体涉及一种直接消除无序型硅酸镓镧类晶体1.7-2.0μm吸收峰的生长工艺方法。
技术介绍
1、硅酸镓镧(la3ga5sio14)类晶体属于三方晶系，32点群，p321空间群，其结构可以用通式a3bc3d2o14来描述，其中a、b、c、d代表四种不同的阳离子位点。根据不同的阳离子占位情况，硅酸镓镧类晶体可以被分为有序型硅酸镓镧类晶体和无序型硅酸镓镧类晶体。如：la3ga5sio14(lgs)，la3ga5.5ta0.5o14(lgt)和la3ga5.5nb0.5o14(lgn)等晶体中同一种离子占据多类阳离子格位的情况，称之为无序型硅酸镓镧类晶体；而sr3nbga3si2o14(sngs)，sr3taga3si2o14(stgs)，ca3taga3si2o14(ctgs)等晶体中每一种离子只占据一类阳离子格位的情况，则称之为有序型硅酸镓镧类晶体。
2、硅酸镓镧类晶体具有良好的压电和非线性光学性能，在高温压电和非线性光学领域有着广泛的应用前景。尤其是，该类晶体在0.5-5μm波长范围内具有非常高的透过率，预示着其作为中红外光学材料具有巨大的应用潜力。与lgn和lgt相比，lgs的高透区域偏窄，这是由高频si-o键振动导致的。此外，由于氧空位和ga-o键振动，无序型硅酸镓镧类晶体在1.85μm处有一个较强的吸收峰，在3μm处有一个小吸收峰。传统的方法是在晶体生长结束后再进行长时间退火的方式消除晶体在1.7-2.0μm处由于氧空位存在而出现的吸收峰。但是退
3、近年来，1.7μm波段(1.6-1.8μm)光源由于其特殊的光谱性质而被广泛研究，在中红外激光产生、气体检测、激光医疗、生物成像和特殊材料加工等多个领域有着巨大应用前景。对于含有大量水分子的生物组织而言，该波段不仅有着较低的组织散射和水吸收，能有效地降低该波段入射光的能量损耗，同时还处于脂肪和胶原的吸收峰的高峰，极大地提高了脉冲激光对生物组织的穿透率和分辨率，因此有望在生物、医学等领域得到广泛应用。除此之外，由于现有的通讯波段日趋饱和，2～5μm波段中红外激光在激光通信领域迅速发展，以满足不断发展的通讯技术的要求，1.7μm波段高能泵浦源因此受到广泛研究。但是，1.7μm波段正好处于er3+和tm3+发射谱的间隙，大大增加了直接获得1.7μm波段激光的难度。通过受激拉曼散射和光学参量振荡等非线性效应将其他波段的光非线性频移到1.7μm波段成为获得1.7μm波段激光的一种有效手段。因此，发展新型的1.7μm波段高透的非线性光学介质成为研究的热点。
4、同时针对以上的发展需求以及硅酸镓镧类晶体的非线性光学性能，消除无序型硅酸镓镧类晶体1.7μm波段的吸收峰至关重要。由于硅酸镓镧类晶体具有一致熔融特性，可以采用提拉法或坩埚下降法来生长晶体。但是，现有技术采用提拉法生长无序型硅酸镓镧类晶体时生长组分ga2o3容易挥发，产生组分偏析，降低晶体组分均匀性，进而降低晶体性能均匀性；此外，采用提拉法生长硅酸镓镧类晶体一般用铱金坩埚，为了防止坩埚氧化，生长必须在微氧或无氧的惰性气氛下进行，容易在晶体中产生氧空位，不仅影响晶体品质，还使晶体在1.7-2.0μm处产生吸收峰，影响晶体在上述领域中的应用。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种直接消除无序型硅酸镓镧类晶体1.7-2.0μm吸收峰的生长工艺方法，无需经过退火处理，便可以消除1.7-2.0μm处存在的吸收峰，拓宽该类晶体的应用场景。
2、本专利技术提供了一种消除无序型硅酸镓镧类晶体1.7-2.0μm吸收峰的方法，包括：将la2o3粉体、ga2o3粉体和sio2或m2o5粉体按照la3ga5sio14或通式la3ga5.5m0.5o14中的化学计量比进行称量并混合后压制成块，经高温固相法合成得到多晶料块，其中m为ta或nb中的一种；以所述多晶料块为原料，采用坩埚下降法或提拉法在富氧气氛中进行晶体生长，所述富氧气氛为氧气和惰性气体的混合气体，其中氧气的含量为10～25vol％。
3、由于所述原料ga2o3具有挥发性，开放的生长环境会因为大量ga2o3挥发而造成生长组分偏析，为了保证生长组分的稳定性，优选坩埚下降法生长晶体；采用提拉法制备晶体时，为了补偿生长过程中ga2o3组分挥发，配料时，按照通式中的化学计量比称量后，再过量称取0.5～1wt％的ga2o3。
4、较佳地，所述高温固相法的合成温度为1300～1400℃，时间为10～40小时。
5、较佳地，所述富氧气氛中氧气的含量为21～23vol％；优选为空气气氛；所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的至少一种。
6、较佳地，所述方法为坩埚下降法，还包括：
7、(1)在至少一个坩埚底部放入籽晶，将所述多晶料块装入坩埚中并充入所述富氧气氛后将坩埚密封；
8、(2)将至少一个坩埚上升至下降炉高温区，在1520～1550℃下保温5～10小时，调整坩埚位置，使得多晶料块和籽晶顶部熔化；
9、(3)在控制坩埚以0.2～0.4mm/h的速率下降的同时，保持下降炉以1～3℃/天的升温速率升温，直至多晶料块全部结晶后停止下降，最后以20～40℃/h的降温速率降温至室温，得到所述无序型硅酸镓镧类单晶。
10、较佳地，步骤(1)中，所述籽晶的口径为6～15mm、长度为40～50mm；所述籽晶的取向为<110>、<100>或<001>；所述籽晶的形状为圆形、长方形或正方形。
11、较佳地，步骤(1)中，所述坩埚为铂金坩埚，厚度为0.1～0.4mm。
12、较佳地，步骤(1)中，所述坩埚中装入多晶料块的质量为50～100g。
13、较佳地，所述坩埚进入下降炉前，将装有籽晶和多晶料块的坩埚密封后置于氧化铝陶瓷管中，并用氧化铝粉末填充至完全掩埋。
14、较佳地，所述多晶料块全部结晶的时间为10～15天。
15、较佳地，所述无序型硅酸镓镧类单晶的尺寸为ф25mm×60～80mm。
16、较佳地，所述方法为提拉法，还包括：
17、(1)将多晶原料填入到坩埚内，并将坩埚放入晶体生长提拉炉中，所述提拉炉中的气氛为富氧气氛，所述氧气的含量为10～25vol％，其余为惰性气体；
18、(2)加热升温直至多晶原料熔化，在高于熔化温度40～120℃下保温5～12小时使熔体稳定，然后采用多晶原料的同质籽晶在高于熔化温度5～30℃下接触到熔体，并开始以0.5～2mm/h的速度提拉、15～30rpm的速度旋转籽晶，开始提拉生长；
19、(3)开始生长1～5h后将提拉速度改为1～5mm/h，提拉3～10mm，并在1～3h时间内均匀升高温度3～10℃，使晶体的直径为φ5～7mm；
20、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种消除无序型硅酸镓镧类晶体1.7-2.0μm吸收峰的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧气氛中氧气的含量为21～23vol％；所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坩埚下降法或提拉法中籽晶的口径为6～15mm、长度为40～50mm；所述籽晶的取向为<110>、<100>或<001>；所述籽晶的形状为圆形、长方形或正方形。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坩埚下降法中，坩埚进入下降炉前，将籽晶和多晶料块置于坩埚中并充入所述富氧气氛后密封，然后置于氧化铝陶瓷管中，并用氧化铝粉末填充至完全掩埋。
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的方法制备的无序型硅酸镓镧类晶体，其特征在于，所述无序型硅酸镓镧类晶体在1.7-2.0μm波段不具有吸收峰。
【技术特征摘要】
1.一种消除无序型硅酸镓镧类晶体1.7-2.0μm吸收峰的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧气氛中氧气的含量为21～23vol％；所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坩埚下降法或提拉法中籽晶的口径为6～15mm、长度为40～50mm；所述籽晶的取向为<110>、<100>或...
【专利技术属性】
技术研发人员：涂小牛，任成凯，王升，殷利斌，陈玮榕，熊开南，郑燕青，孔海宽，施尔畏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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