CS248386B1

CS248386B1 - Způsob přípravy monokrystalů hlinitanů lantanidů nebo/a yttria s perovskitovou strukturou

Info

Publication number: CS248386B1
Application number: CS624985A
Authority: CS
Inventors: Jiri Kvapil; Josef Kvapil; Bohumil Perner
Original assignee: Jiri Kvapil; Josef Kvapil; Bohumil Perner
Priority date: 1985-09-02
Filing date: 1985-09-02
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Způsob pěstování monokrystalů hlinitanů lantanidů nebo/a yttria s perovskitovou strukturou, obsahující ionty přechodných prvků jako je chrcm, molybden nebo wolfram, pro použiti jako aktivní materiál . v laserech, přičemž ani po dlouhodobém používání v daném typu laseru se nemění jeho aktivní parametry, čehož se dosahuje tím, že se pěstují z taveniny, obsahující na každý gramiont lantanidů nebo/a yttria lt 0,05 gramiontu hliníku a přechodných prvků, pod atmosférou obsahující 2 až 50 obj. % vodíku a 98 až 50 obj. % vzácného plynu, například argonu za tlaku 0,1 0,1 + 0,05 MPa, potem se zahřívají nejprve v atmosféře obsahující 5 až 100 obj. % vodíku za tlaku 0,08 až 1 MPa nebo ve vakuu o nejvyšším tlaku zbytkových plynů 0,01 Pa a při teplotě 1 400 až 1 800 °C po úhrnnou dobu 2 až 25 h, případně po tomto zahřívání se zahřívají v atmosféře obsahující 1 až 100 obj. % kyslíku a znovu v atmosféře obsahující 5 až 100 obj. % vodíku za tlaku 0,08 až 1 MPa, případně ve vakuu o nejvyšším tlaku zbytkových plynů 0,01 pa při teplotě 1 400 °C po dobu 1 až 15 h, přičemž zahřívání v atmosféře obsahující vodík lze provádět v pěstovacůn zařízení bezprostředně po vypěstování monokrystalu bez jeho předchozího ochlazení.

Description

Vynález se týká způsobu přípravy monokrystalů hlinitanů lanthanidů a/nebo ytrria s perovskitovou strukturou, obsahujících ionty přechodných prvků, jako je chrom, molybden nebo wolfram, s vysokou odolností proti tvorbě nežádoucích barevných center.

Monokrystaly hlinitanů vzácných zemin a/nebo yttria s perovskitovou strukturou jsou perspektivními luminiscenčními a zejména laserovými aktivními materiály. Proti podobným monokrystalům s granátovou strukturou lze složení perovskitových monokrystalů obecného složení Y₁__3tLn_xA10j, kde Y je yttrium, Ln je prvek nebo prvky lantanidů o-atomovém čísle 57 až 71, Al je hliník, 0 je kyslík a 0^ x £ 1, měnit v relativně širokých mezích a pokud jde o laserové vlastnosti mají poněkud nižší hodnotu průřezu laserového přechodu než monokrystaly s granátovou strukturou, což je ale výhodné při -použití v klíčovaném provoBu.

Výhodná je i polarizace světelné emise uvedených monokrystalů s perovskitovou strukturou. Naproti tomu jsou tyto monokrystaly, zejména technicky důležité yttritohlinité perovskity, náchylné ke strukturním a optickým poruchám a zejména k tvorbě barevných center.

Barevná centra, respektive anomálně zvýšená absorpce v různých částech spektra se výrazně projeví zejména v monokrystalech obsahujících současně ionty vzácných zemin a ionty ' přechodných prvků.

Uvedenou nežádoucí tvorbu barevných center lze odstranit způsobem přípravy monokrystalů hlinitanů lantanidů nebo/a yttria s perovskitovou strukturou, obsahující ionty přechodných prvků, jako je chrom, molybden nebo wolfram, jehož podstata spočívá v tom, že se pěstují z taveniny, obsahující na každý gramiont lantanidů nebo/a yttria 1 ± 0,05 gramiontu hliníku a přechodných prvků pod atmosférou obsahující 2 až 50 obj. % vodíku a 98 až 50 obj. % vzácného plynu jako je argon za tlaku 0,1 í 0,05 MPa a poté se zahřívají v atmosféře obsahující 5 až 100 obj. % vodíku za tlaku 0,08 až 1 MPa nebo ve vakuu o nejvyšším tlaku zbytkových plynů 0,01 Pa při teplotě 1 400 až 1 800 °C po dobu 2 až 25 h.

V některých případech je výhodné po tomto prvním zahřívání zahřívat monokrystal v atmosféře, obsahující 1 až 100 obj. % kyslíku za tlaku 0,1 i 0,15 MPa při teplotě 1 400 až 1 800 °C po dobu 2 až 25 h a znovu v atmosféře obsahující 5 až 100 obj. % vodíku nebo ve vakuu o nejvyšším tlaku zbytkových plynů 0,01 Pa při teplotě 1 400 až 1 800 °c po dobu 1 až 15 h.

První zahřívání v atmosféře obsahující vodík lze provádět přímo v pěstovaoím zařízení bezprostředně po vypěstování monokrystalu bez předchozího ochlazení.

Způsobem podle vynálezu lze připravit monokrystaly hlinitanů lantanidů nebo/a/yttria s perovskitovou strukturou pro použití jako aktivní materiál v laserech, přičemž ani po dlouhodobém používání v daném typu laseru se nemění jeho aktivní paramentry.

Příklad 1

V molybdenová» kelímku o objemu 300 ml byla pod ochrannou atmosférou složenou z 2,5 obj,% vodíku a 97,48^ obj. % argonu, znečištěnou 0,02 obj. % metanu tavena směs obsahující 50,1 mol. % oxidu hlinitého, 24,2 mol % oxidu yttritého, 25,0 mol. % oxidu lantanitého a 0,7 mol. % oxidu neodymitého. S ohledem na obsah uhlíku v ochranné atmosféře došlo k rozpuštění molybdenu z kelímku do taveniny, přičemž po 6 h tavení při 1 980 °C kdy se již ustavil rovnovážný stav, činil obsah molybdenu v tavenině vyjádřený jako oxid molybdenitý 0,018 mol. % a obsah ostatních složek činil 50,098 mol. % oxidu hlinitého, 24,198 mol. % oxidu yttritého, 24,987 mol. % oxidu lanthanitého a 0,699 mol. '4 oxidu neodymitého.

Tavenina tedy obsahovala na každý gramiont Y + La + Nd 0,995 37 gramiontu Al + Mo. Z této

... taveniny byly vypěstovány monokrystaly o průměru 28 mm a délce 105 mm, jejichž složení lze vyjádřit vzorcem ^Y0,4 9^La0,4 3^Nd0,08^A10,997^M°0,003°3

Z monokrystalů byly zhotoveny hranolky o rozměrech 6 x 6 x 80 mm, které byly zahřívány ve vakuu o tlaku zbytkových plynů 2 x IO^-3 Pa při teplotě 1 700 °c po dobu 10 h. Z hranolků byly zhotoveny laserové tyče o průměru 5 mm a délce 75 mm, které byly zkoušeny v pulsním laseru vybaveném xenonovou výbojkou, postříbřeným reflektorem a výstupním zrcadlem o reflektivitě 25 % pro vlnovou délku 1 060 ΐ 10 nm.

Při čerpání 60 J vykazovaly výstupní energii 410 mJ, zatímco tyče, které nebyly po vypěs tování zahřívány ve vakuu pouze 120 mJ a tyče, které byly po vypěstování zahřívány na vzduchu při 1 770 °C po dobu 10 h nevykazovaly laserovou funkci, protože ionty molybdenu o vysokém mocenství umožnily vznik barevných center s vysokou absorpcí a negativním vlivem na intenzitu luminiscence iontů neodymu.

Příklad 2

Z taveniny o složení 49,3 mol. % oxidu yttritého, 0,7 mol. % oxidu neodymitého, 49,8 mol. % oxidu hlinitého a 0,23 mol. % oxidu chromitého, což znamená, že na každý gramiont Y + Nd připadlo 1,0006 gramiontu Al + Cr, obsažené v molybdenovém kelímku o objemu 300 ml byly tažením pod ochrannou atmosférou, složenou z 20 obj. % vodíku a 80 obj. % argonu o úhranném tlaku 0,12 MPa pěstovány monokrystaly yttrltohlinitého perovskitu /YAlO^/, obsahující 0,51 mol. % oxidu neodymitého a 0,05 mol. % oxidu chromitého o průměru 25 mm a délce 120 mm.

Z opticky jakostních částí monokrystalu byly zhotoveny hranolky o rozměrech 6 x 6 x x 80 mm, které byly zahřívány ve vodíku o tlaku 0,2 MPa při teplotě L 600 °C po dobu 2 h.

Poté byly zahřívány v čistém kyslíku o tlaku 0,11 MPa při teplotě 1 500 °C po dobu 22 h.

Z hranolků byly zhotoveny laserové tyče stejných rozměrů jako v příkladu 1, které také byly stejně zkoušeny. Při čerpání 60 J činila výstupní energie 880 mJ. Laserová tyč zhotovená ze čtyřhranu zahřívaného pouze ve vodíku vykazovala za stejných podmínek 615 mJ a tyč zahřívaná pouze v kyslíku jen 450 mJ a měla zákaly.

Zahřívání ve vodíku bylo možno s úspěchem nahradit zahříváním v ochranné atmosféře po dobu 5 h při teplotě 1 780 °C provedeném přímo v pěstovacím zařízení přímo po vypěstování monokrystalu.

Claims

1. Způsob přípravy monokrystalů hlinitanů lantanidů nebo/a yttria, obsahující ionty přechodných prvků, jako je chrom, molybden nebo wolfram, s perovskitovou strukturou, vyznačený tlm, že se pěstují z taveniny, obsahující na každý gramiont lantanidů nebo/a yttria

1 £ 0,05 gramiontu hliníku a přechodných prvků pod atmosférou obsahující 2 až 50 obj. í vodíku a 98 až 50 obj. * vzácného plynu jako je argon, za tlaku 0,1 í 0,05 MPa a potem se zahřívají v atmosféře obsahující 5 až 100 obj. 8 vodíku za tlaku 0,08 až 1 MPa nebo ve vakuu o nejvyšším tlaku zbytkových plynů 0,01 P.“ při teplotě 1 400 až 1 800 °C po dobu

2 až 25 h.

2. Způsob podle bodu, vyznačený tím, že po zahřívání v atmosféře obsahující vodík nebo ve vakuu se zahřívají v atmosféře obsahující 1 až 100 obj. % kyslíku za tlaku 0,1 + 0,15 MPa při teplotě 1 400 až 1 800 °C a případně poté znovu v atmosféře, obsahující 5 až 100 obj. % vodíku za tlaku 0,08 až 1 MPa, případně ve vakuu o nejvyšším tlaku zbytkových plynů 0,01 Pa při teplotě 1 400 až 1 800 °C po dobu 1 až 15 h.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že zahřívání v atmosféře obsahující vodík se provádí v pěstovacím zařízení bezprostředně po vypěstování monokrystalu bez jeho předchozího ochlazení.