DE1235875B

DE1235875B - Verfahren zur Herstellung von neodymdotierten Calciumfluorid-Einkristallen fuer Laser

Info

Publication number: DE1235875B
Application number: DES88287A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Josef Grabmaier; Dr Barbara Watson
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-11-13
Filing date: 1963-11-13
Publication date: 1967-03-09

Description

Verfahren zur Herstellung von neodymdotierten Calciumfluorid-Einkristallen für Laser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung neodymdotierterCalciumfluorid-Einkristalle, die für Festkörperlaser verwendbar sind.
Es ist bekannt, Calciumfluorid-Einkristalle, dotiert mit Neodym, für Laserzwecke zu verwenden. An die derart zu verwendenden Kristalle werden aber extrem hohe Anforderungen bezüglich der Kristallperfektion und der Homogenität gestellt. Als weitere Forderung für die obengenannte Anwendung kommt hinzu, daß die Dotierung eine bestimmte, durch die Anwendung vorgegebene Wertigkeit haben muß, die aber bei den bekannten Verfahren zur Dotierung des Calciumfluorids nicht ohne weiteres erzielt werden kann. Es hat sich z. B. bei der Herstellung neodymdotierter Calciumfluorid-Einkristalle aus mit neodymhaltigen Stoff vermischtem Calciumfluoridpulver ergeben, daß bei dem mehrfachen Zonenziehen, das zur Reinigung des Caleiumffuorid-Ausgangsmaterials und zur Herstellung einwandfreier Einkristalle notwendig ist, Calciumfluorid-Einkristalle dotiert mit überwiegend zweiwertigem an Stelle dreiwertigem Neodym entstehen.
Es lassen sich jedoch mit dreiwertigem Neodym dotierte Einkristalle herstellen wenn man das erfindungsgemäße Verfahren anwendet, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zunächst aus reinem, pulverfönnigen Calciumfluorid in an sich bekannter Weise nach dem induktiven Zonenschmelzverfahren in einem mit einer Hartkohleschicht ausgekleideten Schiffchen unter Schutzgas, insbesondere Argon, das vorzugsweise in der Bewegungsrichtung der Schmelzzone strömt, ein Stab geschmolzen wird, der wiederholt zonengereinigt wird, und daß der so hergestellte Stab erst danach mit neodymhaltigem Dotierstoff beaufschlagt wird und anschließend höchstens zweimal, vorzugsweise einmal, zonengeschmolzen wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß dann, wenn der Verfahrensschritt der Dotierung vorgenommen wird, ein bereits von allen störenden Zusätzen ausreichend gereinigter Caleiumfluoridkristall vorliegt. Der Einbau des dotierenden Neodyms erfolgt dann erfindungsgemäß in nur ein oder zwei Zonenschmelzprozessen, bei denen noch keine Umwandlung des dreiwertig eingebauten Neodyms in die zweiwertige Form in störender Weise auftritt.
Als Dotierstoff haben sich Neodymoxid (Nd 203) oder -fluorid (NdF,) bewährt. Auch elementares Neodym ist als Dotierstoff verwendet worden.
Zur Stabilisierung der dreiwertigen Form des Neodyms in Caleiumfluorid hat sich die Zugabe von Natriumfluorid zu dem neodymhaltigen Dotierstoff als vorteilhaft erwiesen. Dabei ist es zweckmäßig, die Menge des Natriumfluorids so einzustellen, daß in dem Dotiermaterial das Verhältnis der Zahl der Atome des Neodyms zu der Zahl der Atome des Natriums etwa 1 ist.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die wie oben beschrieben hergestellten Kristalle etwa 20 Stunden bei rund 800' C zu tempern. Auf diese Weise können restliche Spannungen in - den Kristallen beseitigt werden. Ganz besonders vorteilhaft ist es, die Temperung in einem Quarzschiffchen oder gleich in dem Graphitschiffchen vorzunehmen, in dem der betreffende Kristall durch Zonenschmelzen hergestellt wurde.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur erfindungsgemäßen Herstellung eines neodymdotierten Caleiumfluorid-Einkristalls zeigt die Figur.
1 ist ein Schiffchen aus hochreinem Graphit mit einer pyrolytisch aufgetragenen Hartkohleschicht. Es hat sich als günstig erwiesen, eine etwa 15 #t dicke Hartkohleschicht in dem besagten Schiffchen vorzusehen. In dem Schiffchen 1 befindet sich ein durch mehrfaches Zonenschmelzen aus Calciumfluoridpulver hergestellter Kristall 2, der mit neodymhaltigem Dotierstoff beaufschlagt ist. 3 ist ein Teil eines Gefäßes, z. B. aus Quarz, in dem sich das Schiffchen 1 in der erwähnten Schutzgasatmosphäre befindet. 4 ist eine Induktionsspule, die von einem nicht dargestellten Hochfrequenz-Generator gespeist wird und die in den Richtungen 5 und 6 verschiebbar angeordnet ist. Sie dient zur Erzeugung der Schmelzzone im Kristall.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von mit dreiwertigem Neodyin dotierten Calciumfluorid-Einkristallen, die für Festkörperlaser verwendbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst aus reinem, pulverförmigen Caleiumfluorid in an sich bekannter Weise nach dem induktiven Zonenschnielzverfahren in einem mit einer Hartkohleschicht ausgekleideten Schiffchen unter Schutzgas, insbesondere Argon, das vorzugsweise in der Bewegungsrichtung der Schmelzzone strömt, ein Stab geschmolzen wird, der wiederholt zonengereinigt wird, und daß der so hergestellte Stab erst danach mit neodymhaltigem Dotierstoff beaufschlagt wird und anschließend höchstens zweimal, vorzugsweise einmal, zonengeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als neodymhaltiger Dotierstoff Neodymexid (Nd20.) oder Neodymfluorid (NdF.) verwendet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem neodymhaltigen Dotierstoff Natriumfluorid, insbesondere in einer derartigen Menge zugegeben wird, daß die Zahl der Natriumatome gleich der der Neodymatome ist. 4. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Anspruch 1, 2 oder 3 hergestellte Einkristall etwa 20 Stunden bei etwa 800' C, in einem Quarzschiffehen oder vorzugsweise in einem Graphitschiffchen, in dem der Kristall durch Zonenschmelzen gewonnen wurde, getempert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 204 082; deutsche Auslegeschrift Nr. 1107 199; USA.-Patentschrift Nr. 2 904 411.