CN108950688A - 一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光晶体，尤其是涉及一种具有良好压电和磁光性能的土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体及其制备方法。一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体，其摩尔百分比组成为：Tb4O662～73mol％、Ga3O354～71mol％、SiO282～92mol％和Pr 4.5‑10mol％、Ce 2.3‑10mol％、Sc1.4‑10mol％、Er1.9‑10mol％、Dy1‑10 mol％中的一种或几种构成的掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体。其制备方法通过（1）配置初始原料→（2）单晶生长→（3）晶体退火→得到稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体。本发明提供了一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体及其生长方法，获得了其激光特性和压电特性，并在光电、激光、通信领域中具有重要的应用前景，同时参杂的硅酸镓铽晶体具有优良的磁光性能，同时可以在光纤隔离器中使用，特别是大功率的光纤隔离器。

Description

一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种激光晶体，尤其是涉及一种具有良好压电和磁光性能的土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体及其制备方法。
背景技术
压电晶体是声表面波和体表面波器件的重要材料，石英、铌酸锂、钽酸锂晶体是早用来制作声表面波和体表目标器件，由于石英的介电常数，压电常数和机电耦合系数较小，单具有良好的温度稳定性，适合用于温度稳定性高的器件；铌酸锂机电耦合系数大、是制作宽带低损耗器件的重要材料；钽酸锂传播损耗小，其温度性能由于钽酸锂。
近年来，新型就压电晶体硅酸镓镧具有机电耦合系数适中，良好的温度稳定性，能够满足声表面波对基片材料的基本要求；其声表面波传播速率低，有利于器件小型化，其良好的高温稳定性，使得人们长期关注此晶体，硅酸镓镧由于Ga原料贵，生长过程挥发难以控制，因此没有得到广泛的应用。TGG晶体由于含有磁性材料氧化铽，具有优良的磁光性能，广泛的应用在光隔离器中。
发明内容
本发明的目的就是研制一种材料，既具有压电性能，又具有良好的磁光性能，通过参杂具有激光特性。
为实现上述功能，本发明采用如下技术方案：
一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体，其摩尔百分比组成为：Tb4O662～73mol％、Ga3O354～71mol％、SiO282～92mol％和Pr 4.5-10mol％、Ce 2.3-10mol％、Sc1.4-10mol％、Er1.9-10mol％、Dy1-10 mol％中的一种或几种构成的掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体。
一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体的制备方法，包括以下步骤：
（1）初始原料：按照摩尔百分比组成为Tb4O662～73mol％、Ga3O354～71mol％、SiO282～92mol％和Pr 4.5-10mol％、Ce 2.3-10mol％、Sc1.4-10mol％、Er1.9-10mol％、Dy1-10mol％中的一种或几种并将它们混合均匀、压片，然后进行高温烧结，获得晶体生长所需的初始原料；
（2）单晶生长：将初始原料装入晶体生长的坩埚容器中，放入单晶提拉炉内，以高纯N和O的混合气体为保护气氛下进行单晶提拉，拉速为0.4～3.2 mm／h，转速为5.5～25r／min；生长时间为6～30天，生长出稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体的单晶；
（3）晶体退火；当晶体生长结束后，将晶体提升，高出熔体表面4 ～ 7mm，然后缓慢退火至室温，降温速率为7 ～ 70℃ /h，即得参杂具有激光性能的硅酸镓铽磁光压电晶体，获得稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体。
与已有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体及其生长方法，获得了其激光特性和压电特性，并在光电、激光、通信领域中具有重要的应用前景，同时参杂的硅酸镓铽晶体具有优良的磁光性能，同时可以在光纤隔离器中使用，特别是大功率的光纤隔离器。
附图说明
图1为本发明磁光测试曲线图；
图2为本发明压电性能测试参数图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体的制备方法，包括以下步骤：
（1）初始原料：按照摩尔百分比组成为Tb4O662mol％、Ga3O354mol％、SiO282mol％和Pr4.5mol％、Ce 2.3mol％、Sc1.4mol％、Er1.9mol％、Dy1mol％并将它们混合均匀、压片，然后进行高温烧结，获得晶体生长所需的初始原料；
（2）单晶生长：将初始原料装入晶体生长的坩埚容器中，放入单晶提拉炉内，以高纯N和O的混合气体为保护气氛下进行单晶提拉，拉速为0.4mm／h，转速为5.5r／min；生长时间为6天，生长出稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体的单晶；
（3）晶体退火；当晶体生长结束后，将晶体提升，高出熔体表面4 mm，然后缓慢退火至室温，降温速率为7℃/h，即得参杂具有激光性能的硅酸镓铽磁光压电晶体，获得稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体。
实施例2：
一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体的制备方法，包括以下步骤：
（1）初始原料：按照摩尔百分比组成为Tb4O670mol％、Ga3O360mol％、SiO285mol％和Pr7mol％、Ce5mol％、Sc6mol％、Er7mol％、Dy5mol％中的一种或几种并将它们混合均匀、压片，然后进行高温烧结，获得晶体生长所需的初始原料；
（2）单晶生长：将初始原料装入晶体生长的坩埚容器中，放入单晶提拉炉内，以高纯N和O的混合气体为保护气氛下进行单晶提拉，拉速为2.5 mm／h，转速为20r／min；生长时间为15天，生长出稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体的单晶；
（3）晶体退火；当晶体生长结束后，将晶体提升，高出熔体表面6mm，然后缓慢退火至室温，降温速率为50℃ /h，即得参杂具有激光性能的硅酸镓铽磁光压电晶体，获得稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体。
实施例3：
一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体的制备方法，包括以下步骤：
（1）初始原料：按照摩尔百分比组成为Tb4O673mol％、Ga3O371mol％、SiO292mol％和Pr10mol％、Ce10mol％、Sc10mol％、Er10mol％、Dy10 mol％中的一种或几种并将它们混合均匀、压片，然后进行高温烧结，获得晶体生长所需的初始原料；
（2）单晶生长：将初始原料装入晶体生长的坩埚容器中，放入单晶提拉炉内，以高纯N和O的混合气体为保护气氛下进行单晶提拉，拉速为3.2 mm／h，转速为25r／min；生长时间为30天，生长出稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体的单晶；
（3）晶体退火；当晶体生长结束后，将晶体提升，高出熔体表面7mm，然后缓慢退火至室温，降温速率为70℃ /h，即得参杂具有激光性能的硅酸镓铽磁光压电晶体，获得稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体。
磁光和压电性能测试：
磁光测试：通过消光比测试，得出消光比均大于40dB以上，透过曲线如附图1所示：
压电性能测试：
如附图2所示，使用Keithley 2410测量仪测量稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体室温电阻，用多频率LCR测量仪（HP 4284A）测量稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体室温介电性能，用谐振和反谐振法（HP 4294A精密阻抗分析仪）测量稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体室温的谐振和反谐振频率。
以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体，其特征在于：其摩尔百分比组成为：Tb4O662～73mol％、Ga3O354～71mol％、SiO282～92mol％和Pr 4.5-10mol％、Ce 2.3-10mol％、Sc1.4-10mol％、Er1.9-10mol％、Dy1-10 mol％中的一种或几种构成的掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体。
2.根据权利要求1所述的稀土离子掺杂硅酸镓铽激光晶体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）初始原料：按照摩尔百分比组成为Tb4O662～73mol％、Ga3O354～71mol％、SiO282～92mol％和Pr 4.5-10mol％、Ce 2.3-10mol％、Sc1.4-10mol％、Er1.9-10mol％、Dy1-10mol％中的一种或几种并将它们混合均匀、压片，然后进行高温烧结，获得晶体生长所需的初始原料；
（2）单晶生长：将初始原料装入晶体生长的坩埚容器中，放入单晶提拉炉内，以高纯N和O的混合气体为保护气氛下进行单晶提拉，拉速为0.4～3.2 mm／h，转速为5.5～25r／min；生长时间为6～30天，生长出稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体的单晶；
（3）晶体退火；当晶体生长结束后，将晶体提升，高出熔体表面4 ～ 7mm，然后缓慢退火至室温，降温速率为7 ～ 70℃ /h，即得参杂具有激光性能的硅酸镓铽磁光压电晶体，获得稀土离子掺杂Tb3Ga5SiO14激光晶体。
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