CN1254566C - 一种生长lbo晶体的熔盐提拉法 - Google Patents
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Abstract
熔盐提拉法生长LBO晶体涉及一种生长LBO(LiB3O5，三硼酸锂)晶体的新工艺技术。采用一种改进的助熔剂生长方法——熔盐提拉法，即用助熔剂法结合提拉技术来生长LBO晶体。该方法采用30～80wt.%的B2O3或Li2MoO4为助熔剂，加入0.1～5wt.%的LiF或KF或NaF或Li2MoO4等为添加剂，降温速率为0.5～3℃/天，转速为5～30转/分钟，提拉速度为0.3～3mm/天。生长周期比传统的LBO生长方法缩短了约50%，得到的晶体最大尺寸达φ80×35mm，生长成本降低了30%以上。
Description
技术领域
本发明属于晶体材料生长领域，特别是涉及采用助熔剂提拉来生长高质量、大尺寸的倍频激光晶体。
背景技术
熔盐法(助熔剂法)是人工晶体生长中普遍应用的一种生长方法。它通常采用将所需生长晶体的组成物质溶于一合适的助熔剂中，通过缓慢降温来得到所需的晶体。其特点在于适用性广，对于大多数的晶体都可以找到合适的助熔剂。提拉法(Czochraski方法)也是比较普遍应用的晶体生长方法，它采用将化合物熔化后，直接从熔体中向上引拉，得到所需的晶体，其特点在于生长速度快。
熔盐提拉法则是一种改进的助熔剂生长方法，其生长过程与助熔剂法相似，采用缓慢降温，使晶体长大，结合提拉使晶体长厚。该方法结合了助熔剂法和提拉法生长的优点。
LBO晶体(LiB3O5)是中科院福建物质结构研究所发明的一种优秀非线性光学晶体。它的空间群为Pna21，它是一个极性晶体，C轴为极性轴，每个单胞内含两个分子。LBO晶体具有较大的倍频系数、较低的色散率和小的双折射率，特别是该晶体能在室温下实现较大范围的90°非临界相位匹配，以及LBO晶体具有很高的光损伤阈值。LBO晶体是国际上公认的六种最优秀的非线性光学晶体材料之一，其在光电子技术方面有着重要和广泛的应用，广泛应用于光参量振荡器和各种谐波发生器中，产品在国际市场上供不应求。
由于LBO晶体是非同成分熔化的化合物，在834℃时即分解为Li4B10O17和液相，故目前都是采用助熔剂法来生长，即加入某种化合物，使LBO的熔点降到834℃以下，其生长速率缓慢，产品的生产远远满足不了市场的需求。另外，采用助熔剂法生长的LBO晶体一般厚度只有20mm，但在加工器件时，由于需要沿匹配角方向切割，所加工的器件一般只能达到25×25mm，无法满足市场上大量使用的尺寸大于30×30mm的器件的要求。
发明内容
本发明的目的就是要解决采用熔盐提拉法快速生长LBO晶体的新工艺技术，提高LBO晶体的生长速率和生长尺寸的问题，以达到工业化生长的需求。其技术方案如下：
本发明使用的熔盐提拉法，改变了常用的助熔剂生长方法只能转动，不能提拉的缺点。通过改进助熔剂方法生长设备，使它既能转动，又能提拉。由于在熔盐提拉中，过快的提拉速率将使杂质、熔剂、气泡等包裹进晶体，影响晶体的质量，要求要有非常缓慢的提拉速率，我们已研制出了一种可调节的最慢提拉速率可达到0.3mm/天的控制装置，解决了这方面的问题。
由于生长LBO晶体所需的助熔剂为B2O3，在高温时易于形成硼氧网络结构，导致LBO生长溶液的高粘滞性，使得生长边界层过厚，影响熔质在熔液中的输运，使得LBO晶体的生长极为缓慢。本发明使用了LiF、KF、NaF、Li2MoO4等的一种或几种为添加剂，它们可以有效地破坏熔液中的B3O7网络结构，降低了熔液的粘滞度，提高了LBO晶体的生长速率，同时又不会破坏熔液的稳定性，使得生长周期缩短了约50％。
具体的生长参数为：以原料总重量的30～80wt.％B2O3或Li2MoO4为助熔剂，加入原料总重量的0.1～5wt.％的LiF或KF或NaF或Li2MoO4等为添加剂，降温速率0.5～3℃/天，转速5～30转/分钟，提拉速度0.3～3mm/天。
附图说明
熔盐提拉法生长LBO晶体的生长装置示意图如附图所示，其中：(1)为手动升降装置，(2)为旋转提拉装置，(3)为控制系统。
具体实施方式
熔盐提拉法生长LBO晶体的生长方法较为简便，实施本发明的典型实施例如下：
在φ100×80mm的铂坩锅中，加入压好片的500gLiB3O5和220gB2O3，加入5gLiF。升温至950℃，恒温20小时，降温至830℃，用φ2×10mm的籽晶进行生长，降温速率为第一周0.5℃/天、第二、三周1℃/天、以后2℃/天，晶转为20转/分钟，采用交变旋转，拉速控制在0.6mm/天，经过60天的生长，获得尺寸为φ80×30mm的LBO晶体。并切割出了尺寸为30×30mm的可供器件用的LBO晶体。
Claims (2)
1.一种生长LBO晶体的熔盐提拉法，是将助熔剂法和提拉法结合起来，用于快速生长LBO晶体的方法，其特征在于：使用籽晶进行晶体生长；用B2O3或Li2MoO4作助熔剂，其加入量为原料总重量的30～80wt.％；以LiF或KF或NaF或Li2MoO4为添加剂，其加入量为原料总重量的0.1～5wt.％；降温速率为0.5～3℃/天；提拉速度为0.3～3mm/天；转速为5～30转/分钟。
2.如权利要求1所述的生长LBO晶体的熔盐提拉法，其特征在于：用该方法生长出来的LBO晶体作为倍频晶体被应用于光参量振荡器和各种谐波发生器中。
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