CN108866627A - 一种钕铒共掺gyag激光晶体及其制备方法 - Google Patents

一种钕铒共掺gyag激光晶体及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108866627A
CN108866627A CN201810775614.5A CN201810775614A CN108866627A CN 108866627 A CN108866627 A CN 108866627A CN 201810775614 A CN201810775614 A CN 201810775614A CN 108866627 A CN108866627 A CN 108866627A
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal
ion
raw material
gyag
doped
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.)
Pending
Application number
CN201810775614.5A
Other languages
English (en)
Inventor
陈建玉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SUZHOU SIHAI CHANGJING PHOTOELECTRIC MATERIAL CO Ltd
Original Assignee
SUZHOU SIHAI CHANGJING PHOTOELECTRIC MATERIAL CO Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SUZHOU SIHAI CHANGJING PHOTOELECTRIC MATERIAL CO Ltd filed Critical SUZHOU SIHAI CHANGJING PHOTOELECTRIC MATERIAL CO Ltd
Priority to CN201810775614.5A priority Critical patent/CN108866627A/zh
Publication of CN108866627A publication Critical patent/CN108866627A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/28—Complex oxides with formula A3Me5O12 wherein A is a rare earth metal and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co or Al, e.g. garnets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钕铒共掺GYAG激光晶体及其制备方法，该晶体的化学式为：NdxErxGd2xY3‑4xAl5O12，生长工艺步骤如下：采用中频感应加热提拉法生长该晶体，发热体为铱金坩埚，原料经焙烧后按比例称量：原料经称配，研混均匀后经等静压机压制成块，在1300℃的高温下烧结发生固相反应，烧结好的原料放在干燥箱内保存；分别用氧化锆和氧化铝做保温罩和保温材料，用宝石片封住观察口，生长过程炉膛内部采用惰性气体保护，晶体生长温度为1960℃，提拉速度0.1～5mm/h，晶体转速5～30rpm。本发明激光晶体能克服传统Nd:YAG晶体容易开裂，容易生长大尺寸和降低晶体制备成本等优点。

Description

一种钕铒共掺GYAG激光晶体及其制备方法
技术领域
本发明涉及激光晶体，特别是一种钕铒共掺GYAG激光晶体(NdxErxGd2xY3-4xAl5O12)及其制备方法。
背景技术
Nd:YAG晶体是固体激光器发展五十多年来综合性能最好，用量最大的固体激光材料，具有高增益、低阈值、高效率、低阈值、高效率、低损耗、高热导率和抗热冲击性好等特性，适合多种工作模式，广泛应用于工业、医疗、军事和科研领域。
Nd:YAG的全世界年产值达20亿美元。Nd:YAG晶体生长和质量的主要矛盾在于Nd3+ 大于基质置换离子Y3+ 使Nd的分凝系数约为0.2。杂质逐渐堆积在生长边界层附近。导致晶体生长速率必须较低。激光棒的头尾Nd浓度梯度大。晶体因结构应力大，生长后期易开裂，容易产生散射和包裹体等缺陷。为克服上述困难，国内外晶体生长技术的发展趋势是采用大型单晶炉、大尺寸铱坩埚、大投料量、慢生长速率，生长小析晶率晶体。这是一条大设备和贵金属投资、高能耗、长生长周期的高碳途径。近年来国外已出现收缩产能，逐渐向中国转移的趋势。我国生产Nd:YAG的各大企业，实际上正沿国外的这一老路发展。因此迫切需要发展一种容易生长大尺寸、晶体生长成本更低的改性Nd:YAG激光晶体。
发明内容
为了解决上述Nd:YAG晶体制备的主要矛盾，对激活离子Nd采用离子尺寸补偿技术；对基质采用离子置换技术进行改进，具体方法如下:
离子半径由于离子尺寸正好匹配，我们制备NdxErxGd2xY3-4xAl5O12。这个创新的晶体应能克服Nd:YAG的结构矛盾，又基本保留Nd:YAG的优良品种优势。
本发明的技术解决方案如下：
一种高温氧化物激光晶体，特点在于钕铒共掺GYAG激光晶体是采用熔体法生长的，其化学式为：
NdxErxGd2xY3-4xAl5O12
式中，x＝0.001～0.1，其中x为Nd、Er离子的掺杂量，2x为Gd离子的掺杂量，Nd、Er、Gd三种离子进入YAG晶体均取代Y离子格位
一种钙镁离子与铈离子共掺钇铝石榴石闪烁晶体的制备方法，该方法包括以下步骤：
①原料配方：
NdxErxGd2xY3-4xAl5O12晶体采用Nd2O3(5N)、Er2O3(4N)、GdO2(4N)、Y2O3(5N)和Al2O3(5N)作为初始原料，并按摩尔比x:x:2x:(3-4x):5进行配料，其中x的取值范围分别为x＝0.001～0.1；
②采用熔体法生长NdxErxGd2xY3-4xAl5O12激光晶体：
先将各高纯氧化物粉末在空气中预干燥，除去吸附水，烘料温度为1000℃。按摩尔比称量Nd2O3(5N)、Er2O3(4N)、GdO2(4N)、Y2O3(5N)和Al2O3(5N)原料(N表示原料的纯度)，原料经充分混合均匀后，用等静压机压制成所需规格和尺寸的块料，然后装入氧化铝坩埚内，放进马弗炉中烧结，10个小时从室温升温至1300℃，恒温10个小时后经10小时降温至室温，将烧结好的块料取出封装，放入干燥箱备用。
所述的熔体法为提拉法，所述的坩埚为铱金坩埚，籽晶为<111>或<100>方向的纯YAG单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。提拉速度为0.1～5mm/h，旋转速度为5～30rpm。
所述的熔体法为坩埚下降法，所述的坩埚材料采用高纯石墨，坩埚底部可以不放籽晶，或放入上述提拉法中所述的纯YAG籽晶，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。坩埚下降速率为0.1～1.5mm/h。
所述的熔体法为温度梯度法，坩埚材料采用高纯石墨，坩埚底部可以不放籽晶，或放入上述提拉法中所述的纯YAG籽晶，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。使晶体以生长速率为1～50℃/h的降温速率进行分段降温生长晶体。
本发明的技术效果：
用以上原料和工艺生长了高质量的NdxErxGd2xY3-4xAl5O12晶体,晶体为淡紫色，外观良好，有优良的光学和物化性能，主发光峰位于1064nm左右。
NdxErxGd2xY3-4xAl5O12具有高增益、低阈值、高效率、低阈值、高效率、低损耗、高热导率和抗热冲击性好等特性，适合多种工作模式，可广泛应用于工业、医疗、军事和科研领域
具体实施方式
下面通过具体实施对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：提拉法生长Nd3+离子掺杂浓度为0.1at％，Er3+离子掺杂浓度为0.1at％，Gd3+掺杂浓度为0.2at％的Nd0.001Er0.001Gd0.002Y2.996Al5O12闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Nd2O3(5N)、Er2O3(4N)、GdO2(4N)、Y2O3(5N)和Al2O3(5N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为<111>方向的纯YAG单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。生长出尺寸为Φ(50-80)*(100-180mm)的淡紫色色Nd:Er:GYAG晶体。
实施例2：提拉法生长Nd3+离子掺杂浓度为0.5at％，Er3+离子掺杂浓度为0.5at％，Gd3+掺杂浓度为1at％的Nd0.005Er0.005Gd0.01Y2.98Al5O12闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Nd2O3(5N)、Er2O3(4N)、GdO2(4N)、Y2O3(5N)和Al2O3(5N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为<111>方向的纯YAG单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。生长出尺寸为Φ(50-80)*(100-180mm)的淡紫色色Nd:Er:GYAG晶体。
实施例3：提拉法生长Nd3+离子掺杂浓度为0.8at％，Er3+离子掺杂浓度为0.8at％，Gd3+掺杂浓度为1.6at％的Nd0.008Er0.008Gd0.016Y2.968Al5O12闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Nd2O3(5N)、Er2O3(4N)、GdO2(4N)、Y2O3(5N)和Al2O3(5N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为<111>方向的纯YAG单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。生长出尺寸为Φ(50-80)*(100-180mm)的淡紫色色Nd:Er:GYAG晶体。
实施例4：提拉法生长Nd3+离子掺杂浓度为1at％，Er3+离子掺杂浓度为1at％，Gd3+掺杂浓度为2at％的Nd0.01Er0.01Gd0.02Y2.96Al5O12闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Nd2O3(5N)、Er2O3(4N)、GdO2(4N)、Y2O3(5N)和Al2O3(5N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为<111>方向的纯YAG单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。生长出尺寸为Φ(50-80)*(100-180mm)的淡紫色色Nd:Er:GYAG晶体。
实施例5：提拉法生长Nd3+离子掺杂浓度为1.1at％，Er3+离子掺杂浓度为1.1at％，Gd3+掺杂浓度为2.2at％的Nd0.011Er0.011Gd0.022Y2.56Al5O12闪烁晶体。
先将各高纯氧化物粉末在空气中适当的预干燥，除去吸附水，在1000℃下灼烧10h，然后将Nd2O3(5N)、Er2O3(4N)、GdO2(4N)、Y2O3(5N)和Al2O3(5N)原料按照摩尔比进行称量配料。混合均匀后用等静压机压制成块，放于铱坩埚内，采用提拉法生长晶体，籽晶为<111>方向的纯YAG单晶棒，晶体生长在高纯Ar或高纯N2气氛中进行。晶体的提拉速度为0.5～1mm/h,转速为5～30rpm,控制晶体凸界面生长，所有晶体生长都经过装炉→抽真空→充氩气→升温化料→烤晶种→下种→缩颈→放肩→等径生长→提脱和降温等过程。整个生长周期约7天。生长出尺寸为Φ(50-80)*(100-180mm)的淡紫色色Nd:Er:GYAG晶体。

Claims (3)

1.一种钕铒共掺GYAG激光晶体，其特征在于：分子式NdxErxGd2xY3-4xAl5O12，式中x＝0.001～0.1，其中x代表Nd、Er离子的掺杂量，2x代表Gd离子的掺杂量，Nd、Er、Gd三种离子进入YAG晶体均取代Y离子格位。
2.一种钕铒共掺GYAG激光晶体的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：
(1)采用中频感应加热提拉法生长NdxErxGd2xY3-4xAl5O12晶体，发热体为铱金坩埚，原料经焙烧后按下式比例进行称量：
xNd2O3+xEr2O3+2xGd2O3+(3-4x)Y2O3+5Al2O3＝2NdxErxGd2xY(3-4x)Al5O12
其中x为熔体中掺杂Nd和Er离子的浓度，2x为熔体中掺杂Gd离子的浓度，晶体中Nd离子的掺杂浓度则是x与分凝系数的乘积；
(2)原料经称配，研混均匀后包装，用等静压压成圆柱状并在1300℃的高温下烧结发生固相反应，烧结好的原料封装好放在干燥箱内保存备用；
(3)分别用氧化锆和氧化铝做保温材料，用蓝宝石片作为观察窗口，在惰性气体保护下生长晶体，生长温度约1950℃，提拉速度0.1～5mm/h，晶体转速5～30rpm，生长NdxErxGd2xY3-4xAl5O12激光晶体。
3.根据权利要求2所述的钕铒共掺GYAG激光晶体的制备方法，其特征是，所用原料的纯度为：Nd2O3≥99.999％，Er2O3≥99.99％，Gd2O3:≥99.99％，Y2O3:≥99.995％，Al2O3:≥99.999％。
CN201810775614.5A 2018-07-16 2018-07-16 一种钕铒共掺gyag激光晶体及其制备方法 Pending CN108866627A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810775614.5A CN108866627A (zh) 2018-07-16 2018-07-16 一种钕铒共掺gyag激光晶体及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810775614.5A CN108866627A (zh) 2018-07-16 2018-07-16 一种钕铒共掺gyag激光晶体及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108866627A true CN108866627A (zh) 2018-11-23

Family

ID=64302075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810775614.5A Pending CN108866627A (zh) 2018-07-16 2018-07-16 一种钕铒共掺gyag激光晶体及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108866627A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021031139A1 (zh) * 2019-08-21 2021-02-25 眉山博雅新材料有限公司 多组分石榴石结构闪烁晶体生长方法及设备
US20210180209A1 (en) * 2019-08-21 2021-06-17 Meishan Boya Advanced Materials Co., Ltd. Methods and devices for growing oxide crystals in oxygen atmosphere

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102691104A (zh) * 2012-06-21 2012-09-26 吉林建筑工程学院 掺镱钇钆铝石榴石晶体及其生长方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102691104A (zh) * 2012-06-21 2012-09-26 吉林建筑工程学院 掺镱钇钆铝石榴石晶体及其生长方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NORMAN P. BARNES ET AL.: "Nd:GYAG For Improved Performance At 0.946 pm", 《 OPTICAL SOCIETY OF AMERICA》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021031139A1 (zh) * 2019-08-21 2021-02-25 眉山博雅新材料有限公司 多组分石榴石结构闪烁晶体生长方法及设备
US20210180209A1 (en) * 2019-08-21 2021-06-17 Meishan Boya Advanced Materials Co., Ltd. Methods and devices for growing oxide crystals in oxygen atmosphere
US11828001B2 (en) 2019-08-21 2023-11-28 Meishan Boya Advanced Materials Co., Ltd. Methods and devices for growing oxide crystals in oxygen atmosphere

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101280456B (zh) 五氧化三钛晶体的坩埚下降法生长方法
CN101935208B (zh) 稀土铝酸盐单相或复相纳米晶透明陶瓷材料及其制备方法
CN103806100B (zh) 一种五氧化三钛多晶的垂直温梯法生长方法
CN101580961A (zh) 还原性气氛泡生法生长晶体的方法
CN101575730A (zh) 在还原性气氛中感应加热提拉生长晶体的方法
CN107935572A (zh) 一种具有特殊微结构的陶瓷材料及其制备方法
CN106498488B (zh) 同时生长多种掺杂CaF2晶体的装置及基于该装置的制备方法
CN104962994A (zh) 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
CN103820859A (zh) 掺杂钇铝石榴石陶瓷转变为单晶的制备方法
CN108866627A (zh) 一种钕铒共掺gyag激光晶体及其制备方法
CN107245759A (zh) 一种铈离子掺杂多组分石榴石结构闪烁晶体的生长方法
CN103936436A (zh) 一种梯度功能的钇稳定氧化锆耐火制品
CN109402724B (zh) 一种非掺杂和Eu2+掺杂碘化锶晶体的定向区熔生长装置和方法
CN101723433B (zh) 溴化镧铈闪烁晶体
CN110318097B (zh) 一种铌酸镓镧单晶的制备方法
CN108048908A (zh) 一种大尺寸掺钛蓝宝石激光晶体及其制造工艺
CN115341284B (zh) 一种高浓度梯度钕掺杂钆钇铝石榴石激光晶体及其制备方法
CN103922814B (zh) 一种复合结构的氧化锆耐火制品
CN102383186B (zh) 提拉法在非化学计量比熔体中生长Ca12Al14O33单晶的方法
CN102851737A (zh) 一种掺碳钛宝石晶体及其生长方法和应用
CN114455837A (zh) 一种钙钛矿量子点玻璃及其制备方法与应用
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
CN209741305U (zh) 一种异质高熔点弧形籽晶生长稀土离子掺杂晶体的模具
CN111549376A (zh) 一种掺铈溴化镧闪烁晶体及其生长方法
CN104088015A (zh) 钛酸锆晶体的坩埚下降法生长方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181123

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication