CN101476156B - 掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石及其熔体法晶体生长方法 - Google Patents
掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石及其熔体法晶体生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101476156B CN101476156B CN2008102462175A CN200810246217A CN101476156B CN 101476156 B CN101476156 B CN 101476156B CN 2008102462175 A CN2008102462175 A CN 2008102462175A CN 200810246217 A CN200810246217 A CN 200810246217A CN 101476156 B CN101476156 B CN 101476156B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gadolinium
- crystal
- scandium
- gallium
- yttrium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002223 garnet Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 title claims description 23
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 title claims description 6
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 title claims description 5
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 title description 2
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 2
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- MOCSSSMOHPPNTG-UHFFFAOYSA-N [Sc].[Y] Chemical compound [Sc].[Y] MOCSSSMOHPPNTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 16
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000010671 solid-state reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000005204 segregation Methods 0.000 claims description 12
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 235000012041 food component Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000005417 food ingredient Substances 0.000 claims description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 8
- ZPIUIPVBAFXDEA-UHFFFAOYSA-N [Gd].[Y].[Sc] Chemical compound [Gd].[Y].[Sc] ZPIUIPVBAFXDEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 abstract 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N scandium(III) oxide Inorganic materials O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000003471 anti-radiation Effects 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- TVFHPXMGPBXBAE-UHFFFAOYSA-N [Sc].[Gd] Chemical compound [Sc].[Gd] TVFHPXMGPBXBAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明公开了掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石及其熔体法晶体生长方法，制备钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石激光晶体RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2(RE、RE′、RE″＝Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm)。可用RE2O3、RE′2O3、RE″2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3，或相应的其它化合物进行配料；配制好的原料经充分混合、压制成形、高温煅烧或不经高温煅烧后，成为晶体生长的起始原料；生长起始原料加入坩埚经加热充分熔化后，成为熔体法晶体生长的初始熔体，所获得的晶体可用作固体激光工作物质。
Description
技术领域
本发明涉及激光材料和晶体生长领域，发明了稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂的掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石激光材料，以及它们的熔体法晶体生长方法。
技术背景
制备高质量大尺寸、高效激光晶体是当前固体激光技术领域的重要课题。尤其是近些年激光二极管的发展，使得紧凑、高效、可靠、长寿命的全固态固体激光技术获得了长足的发展，在众多领域获得了广泛的应用，在很多领域已经取代了灯泵浦固体激光，对工业加工、科研、信息、医疗、光电对抗等领域产生了深刻的影响。
钇钪镓石榴石YSGG和钆钪镓石榴石GSGG是性能优良的激光基质，例如，Cr和Nd共掺杂的Cr，Nd:GSGG的激光效率可达到Nd:YAG的四倍，同时，在抗辐照性能上，Cr，Nd:GSGG也表现出了突出的抗辐照性能；Er掺杂的YSGG的斜效率和效率也高于Er:YAG。中科院安徽光机所近来还发现了Er，Yb:GSGG具有优良的抗辐照性能。但以YSGG和GSGG为基质的激光晶体也存在一些缺点，例如，一些掺杂离子如Nd离子在YSGG中的分凝系数较小，导致生长光学质量均匀的激光晶体相对困难，同时在一些特殊应用领域，以YSGG、GSGG为基质的稀土激活离子的输出波长难以满足应用要求，而GSGG在生长中容易开裂，且存在较大的生长核心。因此，克服这些缺点对于研制高效高质量、输出特殊波长以满足特定要求的激光晶体具有重要的意义。
Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm是重要的激光激活离子，它们有很多重要的激光通道，其激光发射波长分布在可见到近红外波段，是工业、科研、医疗、信息和通讯等领域的重要光源。在实验中发现，通过在YSGG中掺入Gd离子，或按一定比例在YSGG中掺入Gd和Al，所获得的混晶钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石具有优良的晶体生长特性，如生长中不易开裂、生长核心较小或者没有核心，对掺杂稀土具有较大的分凝系数。在混晶石榴石中单掺或双掺Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm，可获得大尺寸光学质量均匀、性能优良的激光晶体，可用作全固态激光工作物质。通过对组分比例的调节，可调节激光输出波长，还有可能提高抗辐照性能，能满足一些特殊领域的需要。
发明内容
本发明的目的是提供稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石及其熔体法晶体生长方法，可获得大尺寸光学质量均匀、性能优良的激光晶体，可用作全固态激光工作物质。通过对组分比例的调节，可调节激光输出波长，还有可能提高抗辐照性能，能满足一些特殊领域的需要。
本发明的技术方案如下：
稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石，其特征在于：单稀土掺杂钆钇钪镓石榴石化合物分子式可表示为RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1，单稀土掺杂钆钇钪镓铝石榴石可表示为RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2，双稀土掺杂钆钇钪镓石榴石分子式可表示为RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1，双稀土掺杂钆钇钪镓铝石榴石可表示为RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2其中，RE、RE′、RE″＝Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu或Sm，且同一材料中，RE、RE′、E″是不同的，x的取值范围为0.001～0.999，y的取值范围为0.001～0.999，z的取值范围为0.001～0.5，z′的取值范围为0.0001～0.049，δ的取值范围为-0.5～0.5，δ′的取值范围为-0.5～0.5，δ″的取值范围为-0.5～0.5，Δ1＝3δ+1.5(δ′+δ″)，Δ2＝3(δ+δ″)+1.5δ′。
所述的稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：
(1)配料
A、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1晶体生长原料的配料：
采用RE2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
B、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体生长原料的配料：
采用RE2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
1.5zRE2O3+1.5(x+δ/3)Gd2O3+1.5(1-x-z+δ/3)Y2O3+(1+δ′/2)Sc2O3+1.5(1-y+δ″/3)Ga2O3+1.
C、RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1晶体生长原料的配料：
采用RE′2O3、RE″2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
D、RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体生长原料的配料：
采用RE′2O3、RE″2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
E、由于熔体法晶体生长中存在杂质分凝效应，在晶体生长中还存在Ga组分的挥发，因此生长出的晶体成分和配料成分会有差别，但各组分的剂量在所述的各化合物分子式所指明的范围之内；
(2)、原料的压制和烧结，形成晶体生长初始原料：对(1)中配好的原料进行压制和烧结，烧结温度在1000～1600℃之间，烧结时间为10～72小时；或者原料在压制成形后的不经烧结而直接用于生长晶体；
(3)、把(2)中所得的晶体生长初始原料放入生长坩埚内，通过加热并充分熔化，获得晶体生长初始熔体；然后采用熔体法晶体生长工艺——提拉法、坩埚下降法、温梯法或者其它熔体法晶体生长方法进行生长。
所述的稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：不采用籽晶定向生长，或者采用籽晶定向生长；对于定向生长，籽晶为
RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、
RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、
RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2单晶，籽晶方向为晶体的[111]方向，以及其它的任意方向。
所述的稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：所述的配料中，所用原料RE2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3采用相应的RE、Gd、Y、Sc、Ga、Al的其它化合物代替，合成方法包括高温固相反应、液相合成、气相合成方法，但需满足能通过化学反应能最终形成化合物
RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、
RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、
RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体这一条件。
所述的稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：考虑在晶体生长过程中的分凝效应，设所述RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、
RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、
RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、
RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体中某种元素的分凝系数为k，k＝0.01～1，则当所述的(1)步骤中A、B、C、D的化合式中该元素的化合物的质量为W时，则在配料中的质量相应调整为W/k。
通过在YSGG中掺入Gd离子，或按一定比例在YSGG中掺入Gd和Al，所获得的混晶钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石具有优良的晶体生长特性，如生长中不易开裂、生长核心较小或者没有核心，对掺杂稀土具有较大的分凝系数。在混晶石榴石中单掺或双掺Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm，可获得大尺寸光学质量均匀、性能优良的激光晶体，可用作全固态激光工作物质。通过对组分比例的调节，可调节激光输出波长，还有可能提高抗辐照性能，能满足一些特殊领域的需要。
具体实施方式
一、稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石，单稀土掺杂钆钇钪镓石榴石化合物分子式可表示为RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1，单稀土掺杂钆钇钪镓铝石榴石可表示为RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2，双稀土掺杂钆钇钪镓石榴石分子式可表示为RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1，双稀土掺杂钆钇钪镓铝石榴石可表示为RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2其中，RE、RE′、RE″＝Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm，且同一材料中，RE、RE′、E″是不同的，x的取值范围为0.001～0.999，y的取值范围为0.001～0.999，z的取值范围为0.001～0.5，z′的取值范围为0.0001～0.049，δ的取值范围为-0.5～0.5，δ′的取值范围为-0.5～0.5，δ″的取值范围为-0.5～0.5，Δ1＝3δ+1.5(δ′+δ″)，Δ2＝3(δ+δ″)+1.5δ′。
二、化合物
RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、
RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、
RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2的熔体法晶体生长方法：
(1)配料
A、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1晶体生长原料的配料：
采用RE2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
B、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体生长原料的配料：采用RE2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
C、RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1晶体生长原料的配料：采用RE′2O3、RE″2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
D、RE′3z＇RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体生长原料的配料：采用RE′2O3、RE″2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
E、由于熔体法晶体生长中存在杂质分凝效应，在晶体生长中还存在Ga组分的挥发，因此生长出的晶体成分和配料成分会有差别，但各组分的剂量在各化合式所指明的范围之内；
(2)原料的压制和烧结：对(1)中配好的原料进行压制和烧结，压制成形可以提高原料的致密性，烧结可使原料形成多晶，有利于熔化和生长。烧结温度在1000～1600℃之间，烧结时间为10～72小时；原料也可在压制成形后的不经烧结而直接用于生长晶体；
所述晶体的熔体法生长是指把晶体生长初始原料放入生长坩埚内，通过加热并充分熔化，获得晶体生长初始熔体；然后采用熔体法晶体生长工艺——提拉法、坩埚下降法、温梯法或者其它熔体法晶体生长方法进行生长；
不采用籽晶定向生长，或者采用籽晶定向生长。
对于定向生长，籽晶为RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2单晶，籽晶方向一般为晶体的[111]方向，以及其它的任意方向。
所述的配料中，所用原料RE2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3可采用相应的RE、Gd、Y、Sc、Ga、Al的其它化合物代替，合成方法包括高温固相反应、液相合成、气相合成方法，但需满足能通过化学反应能最终形成化合物RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体这一条件。考虑在晶体生长过程中的分凝效应，设所述RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE′3z′RE″3(z-z′)：Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ＂O12+Δ2晶体中某种元素的分凝系数为k，k＝0.01～1，则当所述的(1)步骤中A、B、C、D的化合式中该元素的化合物的质量为W时，则在配料中的质量相应调整为W/k。
Claims (6)
1.稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石，其特征在于：单稀土掺杂钆钇钪镓石榴石化合物分子式可表示为RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1，单稀土掺杂钆钇钪镓铝石榴石可表示为RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2，双稀土掺杂钆钇钪镓石榴石分子式可表示为RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1，双稀土掺杂钆钇钪镓铝石榴石可表示为RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2其中，RE、RE′、RE″＝Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu或Sm，且同一材料中，RE、RE′、E″是不同的，x的取值范围为0.001～0.999，y的取值范围为0.001～0.999，z的取值范围为0.001～0.5，z′的取值范围为0.0001～0.049，δ的取值范围为-0.5～0.5，δ′的取值范围为-0.5～0.5，δ″的取值范围为-0.5～0.5，Δ1＝3δ+1.5(δ′+δ″)，Δ2＝3(δ+δ″)+1.5δ′。
2.如权利要求1所述的稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：
(1)配料
A、RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1晶体生长原料的配料：
采用RE2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
B、RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体生长原料的配料：
采用RE2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
C、RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1晶体生长原料的配料：
采用RE′2O3、RE″2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
D、RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体生长原料的配料：采用RE′2O3、RE″2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3作为原料，按如下化合式进行配料，充分混合均匀后，在高温下发生固相反应后获得生长晶体所需的多晶原料：
E、由于熔体法晶体生长中存在杂质分凝效应，在晶体生长中还存在Ga组分的挥发，因此生长出的晶体成分和配料成分会有差别，但各组分的剂量在所述的各化合物分子式所指明的范围之内；
(2)原料的压制和烧结，形成晶体生长初始原料：对(1)中配好的原料进行压制和烧结，烧结温度在1000～1600℃之间，烧结时间为10～72小时；或者原料在压制成形后的不经烧结而直接用于生长晶体；
(3)、把(2)中所得的晶体生长初始原料放入生长坩埚内，通过加热并充分熔化，获得晶体生长初始熔体；然后采用熔体法晶体生长工艺。
3.如权利要求2所述的稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：不采用籽晶定向生长，或者采用籽晶定向生长；对于定向生长，籽晶为
RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2单晶，籽晶方向为晶体的[111]方向。
4.如权利要求2所述的稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：所述的配料中，所用原料RE2O3、Gd2O3、Y2O3、Sc2O3、Ga2O3、Al2O3采用相应的RE、Gd、Y、Sc、Ga、Al的其它化合物代替，合成方法包括高温固相反应、液相合成、气相合成方法，但需满足能通过化学反应能最终形成化合物
RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE′3z′RE ″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体这一条件。
5.如权利要求2所述的稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：考虑在晶体生长过程中的分凝效应，设所述RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE3z:Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2、RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3+δ″O12+Δ1、RE′3z′RE″3(z-z′):Gd3x+δY3(1-x-z)+δSc2+δ′Ga3(1-y)+δ″Al3y+δ″O12+Δ2晶体中某种元素的分凝系数为k，k＝0.01～1，则当所述的(1)步骤中A、B、C、D的化合式中该元素的化合物的质量为W时，则在配料中的质量相应调整为W/k。
6.如权利要求2所述的稀土Yb、Nd、Er、Tm、Ho、Pr、Eu、Sm掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：所述的熔体法晶体生长工艺中所采用的生长方法为提拉法、坩埚下降法或温梯法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102462175A CN101476156B (zh) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石及其熔体法晶体生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102462175A CN101476156B (zh) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石及其熔体法晶体生长方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101476156A CN101476156A (zh) | 2009-07-08 |
| CN101476156B true CN101476156B (zh) | 2011-12-14 |
Family
ID=40836934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008102462175A Active CN101476156B (zh) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | 掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石及其熔体法晶体生长方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101476156B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102127812A (zh) * | 2010-12-27 | 2011-07-20 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 高效抗辐射中红外激光晶体Re,Er:GSGG及其制备方法 |
| CN102127813B (zh) * | 2010-12-27 | 2013-03-20 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 高效中红外Pr,Er:YSGG激光晶体及其制备方法 |
| CN102071463B (zh) * | 2011-01-08 | 2012-10-31 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 掺杂稀土锗镓酸盐RExLn1-xGaGe2O7发光材料及其熔体法晶体生长方法 |
| CN102277620A (zh) * | 2011-08-02 | 2011-12-14 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高效抗辐射激光晶体及制备方法 |
| CN103710755A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 稀土共掺激活的钇铝钪石榴石发光材料及其熔体法晶体生长方法 |
| CN103981574A (zh) * | 2014-04-28 | 2014-08-13 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Pr3+离子掺杂的钙镁锆钆镓石榴石及其熔体法晶体生长方法 |
| CN104962994B (zh) * | 2015-07-30 | 2017-09-26 | 山东大学 | 导模法生长特定尺寸稀土掺杂含镓石榴石系列晶体的方法 |
| CN111962151A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-20 | 上海应用技术大学 | 一种稀土掺杂的抗辐照含钪钆铝石榴石晶体的制备方法 |
| CN113045315A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-06-29 | 苏州璋驰光电科技有限公司 | 一种改善高Cr掺杂浓度YAG透明陶瓷材料透过率的方法 |
| CN114892261A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-08-12 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 三价铬离子掺杂的钆钇钪铝石榴石激光晶体、制备方法及其应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101307496A (zh) * | 2008-02-03 | 2008-11-19 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 钆钇钪镓石榴石晶体gysgg及其熔体法晶体生长方法 |
-
2008
- 2008-12-30 CN CN2008102462175A patent/CN101476156B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101307496A (zh) * | 2008-02-03 | 2008-11-19 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 钆钇钪镓石榴石晶体gysgg及其熔体法晶体生长方法 |
Non-Patent Citations (9)
| Title |
|---|
| .YSGG系列晶体及激光器的研究进展.《人工晶体学报》.2005,第34卷(第9期),全文. |
| C. D. BRANDLE ,R. L. BARNS.CRYSTAL STOICHIOMETRY AND GROWTH OF RARE-EARTH GARNETS CONTAINING SCANDIUM.《Journal of Crystal Growth》.1973,第20卷2. |
| C. D. BRANDLE,R. L. BARNS.CRYSTAL STOICHIOMETRY AND GROWTH OF RARE-EARTH GARNETS CONTAINING SCANDIUM.《Journal of Crystal Growth》.1973,第20卷2. * |
| T. J. ISAACS.Crystal data for yttrium-indium-gallium and yttrium-scandium-gallium garnets.《J. Appl. Cryst.》.1973,第6卷第417页. * |
| 刘树仁.美国联合碳化物公司最近研制出一种新的激光用结晶—GSGG.《中国有色冶金》.1985,第34卷(第9期),全文. * |
| 张庆礼 |
| 殷绍唐 |
| 苏静 |
| 苏静;张庆礼;殷绍唐;.YSGG系列晶体及激光器的研究进展.《人工晶体学报》.2005,第34卷(第9期),全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101476156A (zh) | 2009-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101476156B (zh) | 掺杂钆钇钪镓石榴石、钆钇钪镓铝石榴石及其熔体法晶体生长方法 | |
| Yang et al. | Fabrication of Nd: YAG transparent ceramics with both TEOS and MgO additives | |
| Jia et al. | Study on crystal growth of large size Nd3+: Gd3Ga5O12 (Nd3+: GGG) by Czochralski method | |
| CN101445727A (zh) | 掺杂铌酸盐、钽酸盐及其混晶发光材料及其熔体法晶体生长方法 | |
| CN103710755A (zh) | 稀土共掺激活的钇铝钪石榴石发光材料及其熔体法晶体生长方法 | |
| CN106521625B (zh) | 掺四价铬氧化镓晶体及制备方法与应用 | |
| CN101113532B (zh) | 激光和非线性光学磷酸铋晶体及其制备和用途 | |
| CN103497767A (zh) | 稀土钽酸盐CrxTmyHozSc1-x-y-zTaO4发光材料及其熔体法晶体生长方法 | |
| CN102766906B (zh) | 一类铒离子激活3微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法 | |
| CN102766905B (zh) | 一类铒离子激活1.55微米波段镓酸盐激光晶体及其制备方法 | |
| CN103497766A (zh) | 铌酸盐CrxTmyHozBi1-x-y-zNbO4发光材料 | |
| CN101054728A (zh) | 用于激光和受激拉曼频移的钼酸盐晶体及其制备方法和用途 | |
| CN102828247A (zh) | 一种掺铒的铝酸钇钙激光晶体的制备方法 | |
| CN102071463B (zh) | 掺杂稀土锗镓酸盐RExLn1-xGaGe2O7发光材料及其熔体法晶体生长方法 | |
| CN102443853A (zh) | 一种掺杂稀土离子的钨酸铅大单晶的制备方法 | |
| CN101671844A (zh) | Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石及其熔体法晶体生长方法 | |
| CN109652856A (zh) | Tb3+自激活激光晶体、其制备方法和在可见波段固体激光器中的应用 | |
| CN102108551A (zh) | 掺杂稀土钽铌酸盐RE′xRE1-xNbyTa1-yO4发光材料及其熔体法晶体生长方法 | |
| CN104862779A (zh) | 一种Nd掺杂氟化锶钙晶体及其制备方法 | |
| CN109868502B (zh) | 一种稀土掺杂铌酸盐单晶上转换发光材料及其制备方法 | |
| CN101114103B (zh) | 用于激光和受激拉曼频移的钼酸盐晶体及其制备和用途 | |
| CN103451733A (zh) | 铌酸盐TmyHozBi1-y-zNbO4发光材料及其熔体法晶体生长方法 | |
| CN102691104A (zh) | 掺镱钇钆铝石榴石晶体及其生长方法 | |
| CN103696007A (zh) | Nd, Er:GSAG激光晶体及其制备方法 | |
| CN102127437A (zh) | 掺杂ⅱa族稀土氧化物发光材料及其熔体法生长方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 230031 Shushan Lake Road, Hefei, Anhui 350 Patentee after: HEFEI INSTITUTES OF PHYSICAL SCIENCE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Address before: 230031 Shushan Lake Road, Hefei, Anhui 350 Patentee before: Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190325 Address after: 230000 Jinxiu Avenue 316, Peach Blossom Industrial Park, Jingkai District, Hefei City, Anhui Province Patentee after: ZHONGKE JIUYAO TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 230031 Shushan Lake Road, Hefei, Anhui 350 Patentee before: HEFEI INSTITUTES OF PHYSICAL SCIENCE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240223 Address after: Room 504, Building 13, East District, No. 350 Shushanhu Road, Shushan District, Hefei City, Anhui Province, 230000 Patentee after: Zhang Qingli Country or region after: China Address before: 230000 Jinxiu Avenue 316, Peach Blossom Industrial Park, Jingkai District, Hefei City, Anhui Province Patentee before: ZHONGKE JIUYAO TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |