專利名稱：摻鐿氟磷酸鈣激光晶體的生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摻鐿氟磷酸鈣(YbCa5(PO4)3F，以下簡(jiǎn)稱YbFAP)激光晶體的生長(zhǎng)方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種摻鐿氟磷酸鈣激光晶體的生長(zhǎng)方法，主要是在FAP晶體生長(zhǎng)配方中摻入YbF3以代替上述已有技術(shù)中摻入的Yb2O3，以F作為補(bǔ)償離子。由于F-半徑比O2-要小，所以將不會(huì)引起大的晶格畸變，從而降低位錯(cuò)密度，提高晶體的光譜性能。
本發(fā)明的原料配方為其中x＝0.5-5％，CaF2則比反應(yīng)式中的量過量0～5％。
本發(fā)明所用的提拉法(Czochralski)生長(zhǎng)YbFAP晶體的裝置為普通的中頻感應(yīng)加熱單晶爐。它包括銥坩堝、真空系統(tǒng)、中頻感應(yīng)發(fā)生器電源和溫控系統(tǒng)等部分。
本發(fā)明的工藝流程如下首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機(jī)械混合均勻后，在馬弗爐中以1000-1600℃燒結(jié)，去除其中的水分和二氧化碳，這是因?yàn)樗挚梢援a(chǎn)生寄生吸收，而二氧化碳在高溫下也會(huì)游離出O2分壓而破壞晶體的完整性。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，防止其中的CaO吸收水分，用壓料機(jī)在20-40kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以減少潮解，升溫熔化準(zhǔn)備生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中采用流動(dòng)氮?dú)獾姆椒?，流量?50-250ml/min。提拉速度為1-10mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為5-60rpm。生長(zhǎng)晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經(jīng)位錯(cuò)檢測(cè)和光譜測(cè)試，結(jié)果位錯(cuò)密度明顯降低，為102-104/cm2，光譜性能也相應(yīng)提高。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)由于在FAP晶體生長(zhǎng)配方中摻入YbF3代替現(xiàn)有技術(shù)中摻入的Yb2O3，以F-代替O2-作為補(bǔ)償離子。由于F-半徑比O2-要小，所以不會(huì)引起大的晶格畸變，從而能降低位錯(cuò)密度，提高晶體的光譜和激光性能。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純?cè)?含量均大于99.9％)按照6∶3∶1.0395∶0.01的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機(jī)械混合均勻后，在馬弗爐中1000℃燒結(jié)，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機(jī)在20kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準(zhǔn)備生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中采用流動(dòng)氮?dú)獾姆椒ǎ髁繛?50ml/min。提拉速度為1mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為10rpm。生長(zhǎng)晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經(jīng)位錯(cuò)檢測(cè)和光譜測(cè)試，發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)密度較低，為102-104/cm2，光譜性能也相應(yīng)提高。
實(shí)施例2用上述的原料配比和工藝流程生長(zhǎng)YbFAP晶體，原料配比中取x＝2.5％，CaF2則比反應(yīng)式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純?cè)?含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.9975∶0.05的配比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機(jī)械混合均勻后，在馬弗爐中1200℃燒結(jié)，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機(jī)在30kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準(zhǔn)備生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中采用流動(dòng)氮?dú)獾姆椒ǎ髁繛?00ml/min。提拉速度為2mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為15rpm。生長(zhǎng)晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經(jīng)位錯(cuò)檢測(cè)和光譜測(cè)試，結(jié)果位錯(cuò)密度明顯降低，為102-104/cm2，光譜性能也相應(yīng)提高。
實(shí)施例3用上述的原料配比和工藝流程生長(zhǎng)YbFAP晶體，原料配比中取x＝5％，CaF2則比反應(yīng)式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純?cè)?含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.945∶0.1的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機(jī)械混合均勻后，在馬弗爐中1600℃燒結(jié)，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機(jī)在40kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準(zhǔn)備生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中采用流動(dòng)氮?dú)獾姆椒?，流量?50ml/min。提拉速度為3mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為20rpm。生長(zhǎng)晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經(jīng)位錯(cuò)檢測(cè)和光譜測(cè)試，發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)密度較低，為102-104/cm2，光譜性能也相應(yīng)提高。
實(shí)施例4用上述的原料配比和工藝流程生長(zhǎng)YbFAP晶體，原料配比中取x＝1％，CaF2則比反應(yīng)式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純?cè)?含量均大于99.9％)按照6∶3∶1.029∶0.02的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機(jī)械混合均勻后，在馬弗爐中1100℃燒結(jié)，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機(jī)在25kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準(zhǔn)備生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中采用流動(dòng)氮?dú)獾姆椒?，流量?80ml/min。提拉速度為2mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為14rpm。生長(zhǎng)晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經(jīng)位錯(cuò)檢測(cè)和光譜測(cè)試，結(jié)果位錯(cuò)密度明顯降低，為102-104/cm2，光譜性能也相應(yīng)提高。
實(shí)施例5用上述的原料配比和工藝流程生長(zhǎng)YbFAP晶體，原料配比中取x＝2％，CaF2則比反應(yīng)式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純?cè)?含量均大于99.9％)按照6∶3∶1.008∶0.04的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機(jī)械混合均勻后，在馬弗爐中1300℃燒結(jié)，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機(jī)在30kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準(zhǔn)備生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中采用流動(dòng)氮?dú)獾姆椒?，流量?20ml/min。提拉速度為3mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為18rpm。生長(zhǎng)晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經(jīng)位錯(cuò)檢測(cè)和光譜測(cè)試，結(jié)果位錯(cuò)密度明顯降低，為102-104/cm2，光譜性能也相應(yīng)提高。
實(shí)施例6用上述的原料配比和工藝流程生長(zhǎng)YbFAP晶體，原料配比中取x＝3％，CaF2則比反應(yīng)式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純?cè)?含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.987∶0.06的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機(jī)械混合均勻后，在馬弗爐中1500℃燒結(jié)，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機(jī)在35kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準(zhǔn)備生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中采用流動(dòng)氮?dú)獾姆椒?，流量?40ml/min。提拉速度為2mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為12rpm。生長(zhǎng)晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經(jīng)位錯(cuò)檢測(cè)和光譜測(cè)試，發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)密度較低，為102-104/cm2，光譜性能也相應(yīng)提高。
實(shí)施例7
用上述的原料配比和工藝流程生長(zhǎng)YbFAP晶體，原料配比中取x＝4％，CaF2則比反應(yīng)式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純?cè)?含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.966∶0.08的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機(jī)械混合均勻后，在馬弗爐中1400℃燒結(jié)，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機(jī)在25kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準(zhǔn)備生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中采用流動(dòng)氮?dú)獾姆椒ǎ髁繛?80ml/min。提拉速度為1mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為10rpm。生長(zhǎng)晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經(jīng)位錯(cuò)檢測(cè)和光譜測(cè)試，發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)密度較低，為102-104/cm2，光譜性能也相應(yīng)提高。
權(quán)利要求
1.一種激光晶體摻鐿氟磷酸鈣(以下簡(jiǎn)稱YbFAP)的生長(zhǎng)方法，其特征在于包括以下步驟1)按克分子配比稱量下列原料；CaHPO46CaCO33CaF2(1-2x)YbF32x其中x的變化范圍0.5％＜≤x≤5％2)將CaHPO4和CaCO3混合均勻后，在馬弗爐中以1000-1600℃燒結(jié)，冷卻至室溫；3)將CaF2和YbF3與2)步燒結(jié)的原料一同混勻，然后用壓料機(jī)壓制成餅，壓力選擇20Kg/cm2～40Kg/cm24)裝入生長(zhǎng)單晶爐，抽真空，充入氮?dú)?)加熱熔化原料，下籽晶，生長(zhǎng)晶體，晶體生長(zhǎng)條件充氮?dú)獗Ｗo(hù)，流量為150～250ml/min提拉速度1～10mm/h旋轉(zhuǎn)速度5～60rpm6)晶體生長(zhǎng)完畢，采用原位退火的方法緩慢降至室溫取出晶體。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的激光晶體YbFAP的生長(zhǎng)方法，其特征在于所述的原料中采用YbF3引入Yb激活離子F-。
全文摘要
一種摻鐿氟磷酸鈣激光晶體的生長(zhǎng)方法，主要是采用磷酸氫鈣、碳酸鈣、氟化鈣和氟化鐿為原料按照比例采用兩步合成法制備原料，在流動(dòng)氮?dú)夂驮煌嘶鸬臈l件下生長(zhǎng)激光晶體。原料中采用YbF
文檔編號(hào)C30B29/14GK1425809SQ0215504
公開日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者趙志偉, 鄧佩珍, 徐軍, 徐曉東, 宋平新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所