CN101671844A - Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石及其熔体法晶体生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石及其熔体法晶体生长方法，Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石的分子式为Smz:Gd3－x－zCaxGa5－x－2yMgyZrx+yO12(0＜x＜3，0＜y＜2.5，0＜z＜3，0＜x+2y＜5，0＜x+z＜3＝，是将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，然后用传统的提拉法、坩埚下降法、助熔剂法等熔体法晶体进行定向或非定向生长，获得蓝光抽运的固体激光工作物质。本发明可获得大尺寸光学质量均匀、性能优良的激光晶体，可用作蓝光抽运的固体激光工作物质，有望用于医学诊断、材料处理、高密度信息读写、监测与控制及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机等领域。
Description
技术领域
本发明涉及激光材料和晶体生长领域，具体是Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石及其熔体法晶体生长生长方法。
背景技术
寻找新型优异性能红光波段激光材料是当前固体激光技术、材料处理、高密度信息读写、监测与控制、激光医学、彩色显示等领域的重要课题。在激光显示中，红光是红、绿、蓝三基色之一。其中，绿光激光的技术最为成熟。而红光和蓝光目前仍是研究的重点。在医疗方面，红光对组织的穿透能力强，可以达到组织深处。红光可治疗慢性炎症、内分泌失调、神经功能障碍等疾病。此外，红光又可以作为可调谐激光器的抽运源。因此，红光激光器在激光医疗、激光显示、固体激光技术等方面有着良好的应用前景。
在钙镁锆钆镓石榴石中掺杂Sm离子，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。此时，Sm离子作为激光激活离子，它有以下方面的优点：Sm的激光通道有4G5/2→6H5/2、6H7/2、6H9/2、6H11/2，且激发态4G5/2与下能级之间的带宽约为7000cm-1，多声子弛豫可以忽略不计；Sm离子半径与基质晶格中Gd离子半径接近，分凝系数接近1，有利于获得掺杂均匀的激光晶体。它的缺点在于掺杂Sm浓度过高时，交叉弛豫现象较显著，不利于实现激光输出。所以，对于研究不同浓度掺杂晶体的光学性质，选择合适的掺杂浓度和生长工艺生长激光晶体是很有必要的。
近些年随着激光二极管的发展，尤其是蓝紫光405nm波段的激光二极管的性能显著提高，已有商品出售。Sm掺杂的钙镁锆钆镓石榴石在蓝紫光波段405nm处具有很强的吸收，因而可用405nm的激光二极管作为抽运源，并且它的发射光波长位于红光波段，同时在红光波长范围内没有重吸收。因而，Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石是蓝光抽运优良工作物质。
发明内容
本发明提供了一种Sm掺杂钙镁锆钆镓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，用作蓝光抽运的固体激光工作物质。
本发明的技术方案为：
本发明所述的Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石可作为蓝光抽运优良工作物质，大尺寸光学质量均匀，且性能优良。有望用于医学诊断、材料处理、高密度信息读写、监测与控制及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机等领域。
具体实施方式
Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石，其分子式为Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12，其中，0＜x＜3，0＜y＜2.5，0＜z＜3，0＜x+2y＜5，0＜x+z＜3。
Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石的熔体法晶体生长方法：
(1)、Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12晶体生长原料的配料：
采用Sm2O3、Gd2O3、Ga2O3、CaO、MgO、ZrO2或作为原料，按如下化学式的摩尔比进行配料，并充分混合均匀：
配料中所用原料Sm2O3、Gd2O3、Ga2O3、CaO、MgO、ZrO2采用相应的Sm、Gd、Ga、Ca、Mg、Zr的其它化合物代替，但需满足能通过化学反应能最终形成Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12化合物这一条件；
考虑在晶体生长过程中的分凝效应，设所述Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12晶体中某种元素的分凝系数为k，k＝0.01-1，配料中含相应元素的化合物的质量为W克时，则在配料中应调整为W/k克；
考虑到Ga组分在晶体生长中存在挥发，在配料中，配以过量的Ga组分以补偿晶体生长中的Ga挥发：在m克所有原料中添加r×m克Ga2O3一起作为晶体生长原料，r的取值范围为0-0.1，或添加Ga元素含量与r×m克Ga2O3中Ga元素含量相等的其他Ga化合物在m克原料中，一起作为晶体生长原料。
(2)、原料的压制和烧结：将混合均匀的各原料组分进行压制和烧结得晶体生长初始原料，烧结温度为1000-1600℃，时间为10-72小时，也可以将压制成形后的原料不经烧结直接进行晶体生长。
(3)、熔体法晶体生长：将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；然后将晶体生长初始熔体采用熔体法晶体生长工艺一一提拉法、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，对于需要采用籽晶定向生长的熔体法生长方法，籽晶为Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12单晶，GGG单晶，或者Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12单晶，籽晶方向一般为晶体的[111]方向，以及其它的任意确定的方向。
Claims (6)
1、Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石，其特征在于：所述的Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石的化合物分子式为Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12，其中，0＜x＜3，0＜y＜2.5，0＜z＜3，0＜x+2y＜5，0＜x+z＜3。
2、根据权利要求1所述的Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石的熔体法晶体生长方法，其特征在于：
(1)、Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12晶体生长原料的配料：
采用Sm2O3、Gd2O3、Ga2O3、CaO、MgO、ZrO2或作为原料，按如下化学式的摩尔比进行配料，并充分混合均匀：
(2)、原料的压制和烧结：将混合均匀的各原料组分进行压制和烧结得晶体生长初始原料，烧结温度为1000-1600℃，时间为10-72小时，也可以将压制成形后的原料作为晶体生长初始原料不经烧结直接进行晶体生长。
(3)、熔体法晶体生长：将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；然后将晶体生长初始熔体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。
3、根据权利要求2所述的Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石的晶体生长方法，其特征在于：对于需要采用籽晶定向生长的熔体法生长方法，籽晶为Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12单晶，GGG单晶，或者Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12单晶，籽晶方向一般为晶体的[111]方向，以及其它的任意确定的方向。
4、根据权利要求2所述的Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石的晶体生长方法，其特征在于：所述的配料中所用原料Sm2O3、Gd2O3、Ga2O3、CaO、MgO、ZrO2采用相应的Sm、Gd、Ga、Ca、Mg、Zr的其它化合物代替，但需满足能通过化学反应能最终形成Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12化合物这一条件。
5、根据权利要求2所述的Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石的晶体生长方法，其特征在于：考虑在晶体生长过程中的分凝效应，设所述Smz:Gd3-x-zCaxGa5-x-2yMgyZrx+yO12晶体中某种元素的分凝系数为k，k＝0.01-1，则当所述的反应步骤(1)中化合式中该元素的化合物的质量为W时，则在配料中应调整为W/k。
6、根据权利要求2所述的Sm掺杂钙镁锆钆镓石榴石的晶体生长方法，其特征在于：考虑到Ga组分在晶体生长中存在挥发，在配料中，配以过量的Ga组分以补偿晶体生长中的Ga挥发：设所述的所有原料总质量为m克，在m克原料中添加r×m克Ga2O3一起作为晶体生长原料，r的取值范围为0-0.1，或添加Ga元素含量与r×m克Ga2O3中Ga元素含量相等的其他Ga化合物在m克原料中，一起作为晶体生长原料。
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|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN104451882A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-03-25 | 单县晶瑞光电有限公司 | 一种石榴石的生产工艺 |
| CN104451881A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-03-25 | 单县晶瑞光电有限公司 | 一种掺钕三硼酸钙氧钇晶体的生长方法 |
| CN114164491A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-03-11 | 山东大学 | 一种离子掺杂钆镓石榴石晶体及其制备方法和应用 |
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2009
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