RU2681641C1 - Method of growing lithium tribolate crystal (options) - Google Patents

Method of growing lithium tribolate crystal (options) Download PDF

Info

Publication number
RU2681641C1
RU2681641C1 RU2018113983A RU2018113983A RU2681641C1 RU 2681641 C1 RU2681641 C1 RU 2681641C1 RU 2018113983 A RU2018113983 A RU 2018113983A RU 2018113983 A RU2018113983 A RU 2018113983A RU 2681641 C1 RU2681641 C1 RU 2681641C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
seconds
growth
crystal
heating elements
melt
Prior art date
Application number
RU2018113983A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Егорович Кох
Дмитрий Александрович Кох
Надежда Георгиевна Кононова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН)
Priority to RU2018113983A priority Critical patent/RU2681641C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2681641C1 publication Critical patent/RU2681641C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14Heating of the melt or the crystallised materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/206Controlling or regulating the thermal history of growing the ingot
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • C30B15/22Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/36Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B17/00Single-crystal growth onto a seed which remains in the melt during growth, e.g. Nacken-Kyropoulos method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B27/00Single-crystal growth under a protective fluid
    • C30B27/02Single-crystal growth under a protective fluid by pulling from a melt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16Oxides
    • C30B29/22Complex oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B9/00Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
    • C30B9/04Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution
    • C30B9/08Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution using other solvents
    • C30B9/12Salt solvents, e.g. flux growth
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/355Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3551Crystals
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/37Non-linear optics for second-harmonic generation

Landscapes

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

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to the field of obtaining a crystal of lithium triborate LiBO(LBO), that is a highly efficient non-linear optical material used for passive frequency conversion of laser radiation. Method of growing a lithium triborate crystal involves loading the initial charge into a growth crucible, melting it and homogenizing it, bringing the point with the lowest temperature on the solution-melt surface to the center of the crucible, introduction of an oriented seed crystal in contact with the surface of the solution-melt in the center of the crucible, the search for an equilibrium temperature and the subsequent crystal growth with a decrease in temperature in the three-zone growth furnace, its middle and lower zones consist of eight heating elements, switching over time of which provides control of convective flows in the melt. Crystal is grown by lowering the temperature in the lower zone relative to the middle and upper zones, thus, so that at the end of the growth cycle, the temperature interval of lowering the lower zone increased by 5–10 %. At that in the first embodiment, the expansion is carried out with an increase in the process of increasing the shutdown time of 2, 3, 6 and 7 heating elements of the middle and lower zones, located along the crystallographic direction "b", from 5 to 7 seconds and from 20 to 23 seconds, respectively, while simultaneously decreasing the turn-off time of 1, 4, 5 and 8 heating elements of the middle and lower zones, located along the crystallographic direction "a", with 5 to 3 seconds and from 20 to 17 seconds, respectively. According to the second variant, the growth of the crystal is carried out when the shutdown time 5 and 8 of the heating elements of the lower zone changes from 30 to 35 seconds during the growth process, 6 and 7 from 30 to 37 seconds, 1 and 4 from 30 to 27 seconds and 2 and 3 from 30 to 23 seconds. According to the third variant, the growth of the crystal is carried out with an increase in the growth process of the turn-off time of 1, 8, 4 and 5 heating elements of the middle and lower zones, located along the crystallographic direction "a", from 6 to 11 seconds and from 30 to 37 seconds, respectively, and at the same time reducing the turn-off time 2, 3, 6 and 7 of the heating elements of the middle and lower zones, located along the crystallographic direction "b", from 6 to 1 second and from 30 to 23 seconds, respectively.EFFECT: achieved technical result: the creation in the process of crystal growth dynamically changing, asymmetric thermal fields by controlling the heat flow in the melt from the heating elements of the growth furnace and obtaining LBO crystals of the required size in the specified crystallographic directions, providing the possibility of manufacturing nonlinear optical elements of increased size for various types of conversion of laser radiation.3 cl, 11 dwg, 5 ex, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области получения оптических материалов для нелинейной оптики. Кристалл трибората лития LiB3O5 (LBO) является высокоэффективным нелинейно-оптическим материалом, применяющимся для пассивного преобразования частоты лазерного излучения. LBO кристаллизуется в ромбической сингонии с параметрами элементарной ячейки: а=8.447

Figure 00000001
; b=7.3798
Figure 00000001
; с=5.1408
Figure 00000001
. Наиболее эффективным применением данного кристалла является преобразование частоты лазеров на неодиме с длиной волны 1064 нм во вторую (532 нм) и третью (533 нм) гармоники. Высокий порог разрушения и эксплуатационные характеристики данного кристалла делают его весьма перспективным материалом для применения в широкоапертурных лазерных системах высокой мощности. В настоящее время в данных системах преимущественно применяются н/о элементы из кристаллов калия дигидрофосфата (KDP), размер которых в апертуре достигает 40×40 см2. Кристаллы LBO имеют неоспоримое преимущество по всем параметрам по сравнению с кристаллами KDP за исключением размеров. Поэтому выращивание кристаллов LBO больших размеров с целью изготовления нелинейно-оптических элементов увеличенных размеров представляет собой важную и актуальную научно-техническую задачу.The invention relates to the field of obtaining optical materials for nonlinear optics. The lithium triborate crystal LiB 3 O 5 (LBO) is a highly efficient nonlinear optical material used for passive frequency conversion of laser radiation. LBO crystallizes in rhombic syngony with unit cell parameters: а = 8.447
Figure 00000001
; b = 7.3798
Figure 00000001
; c = 5.1408
Figure 00000001
. The most effective application of this crystal is to convert the frequency of neodymium lasers with a wavelength of 1064 nm into the second (532 nm) and third (533 nm) harmonics. The high fracture threshold and operational characteristics of this crystal make it a very promising material for use in high-power wide-aperture laser systems. Currently, these systems mainly use n / a elements from potassium crystals of dihydrogen phosphate (KDP), the size of which in the aperture reaches 40 × 40 cm 2 . LBO crystals have an undeniable advantage in all respects compared to KDP crystals with the exception of size. Therefore, the growth of large LBO crystals with the aim of manufacturing non-linear optical elements of increased dimensions is an important and relevant scientific and technical task.

Вследствие инконгруэнтного плавления кристаллы LBO выращивают методом раствор-расплавной кристаллизации по способу Степанова [А.Е. Кох, В.А. Влезко, К.А. Кох. Управление симметрией теплового поля в установке для выращивания кристаллов LBO методом Киропулоса - Приборы и техника эксперимента, 2009, №5, с. 145-149; A. Kokh, N. Kononova, G. Mennerat, Ph. Villeval, S. Durst, D. Lupinski, V. Vlezko, K. Kokh. Growth of high quality large size LBO crystals for high energy second harmonic generation - J. Crystal Growth, vol. 312, No. 10, 2010, pp. 1774-1778; I. Nikolov, D. Perlov, S. Livneh, E. Sanchez, P. Czechowicz, V. Kondilenko, D. Loiacono, Growth and morphology of large LiB3O5 single crystals, Journal of Crystal Growth, 331 (2011) 1-3]. В качестве растворителя используется оксид молибдена. В основном, кристаллы LBO выращивают вдоль кристаллографического направления «с» или [001], такие кристаллы характеризуются высоким оптическим качеством.Due to incongruent melting, LBO crystals are grown by solution-melt crystallization according to the Stepanov method [A.E. Koch, V.A. Vlezko, K.A. Koch. Control of the heat field symmetry in an installation for growing LBO crystals by the Kyropoulos method - Instruments and experimental equipment, 2009, No. 5, p. 145-149; A. Kokh, N. Kononova, G. Mennerat, Ph. Villeval, S. Durst, D. Lupinski, V. Vlezko, K. Kokh. Growth of high quality large size LBO crystals for high energy second harmonic generation - J. Crystal Growth, vol. 312, No. 10, 2010, pp. 1774-1778; I. Nikolov, D. Perlov, S. Livneh, E. Sanchez, P. Czechowicz, V. Kondilenko, D. Loiacono, Growth and morphology of large LiB3O5 single crystals, Journal of Crystal Growth, 331 (2011) 1-3] . The solvent used is molybdenum oxide. Basically, LBO crystals are grown along the crystallographic direction “c” or [001], such crystals are characterized by high optical quality.

В работе [Zh. Hu, Y. Zhao, Y. Yue, X. Yu. Large LBO crystal growth at 2 kg-level // J Crystal Growth, 335 (2011) 133-137] предложен способ выращивания кристаллов LBO вдоль кристаллографического направления [011], однако из результатов этой работы видно, что выращенные кристаллы содержат видимые включения, что не позволяет их использование для изготовления большеразмерных нелинейно-оптических элементов.In [Zh. Hu, Y. Zhao, Y. Yue, X. Yu. Large LBO crystal growth at 2 kg-level // J Crystal Growth, 335 (2011) 133-137] a method for growing LBO crystals along the crystallographic direction [011] is proposed, however, the results of this work show that the grown crystals contain visible inclusions that their use does not allow for the manufacture of large-sized nonlinear optical elements.

В работе [A. Kokh, V. Vlezko, К. Kokh, N. Kononova, Ph. Villeval, D. Lupinski. Dynamic control over the heat field during LBO crystal growth by high temperature solution method - J. Crystal Growth, vol. 360, 2012, pp. 158-161] описаны конструкция установки и способ выращивания кристаллов LBO. Нагревательная печь состоит из трех зон нагрева по вертикали, это дает возможность управления осевым градиентом температуры. Средняя и нижняя зоны нагрева, в свою очередь, каждая состоят из восьми нагревательных элементов. В системе терморегулирования имеются коммутаторы нагрузки средней и нижней зон, с помощью которых обеспечивается воздействие на тепловой поток от каждого из нагревательных элементов путем изменения времени подключения/отключения нагревательных элементов по отдельности или группами. Такая конструкция нагревательной печи и соответствующая система управления ростовой установкой обеспечивают возможность управления конвективными потоками в расплаве, а также выводить так называемую холодную точку в центр поверхности раствор-расплава для контакта затравочного кристалла с раствор-расплавом в точке с наименьшей температурой.In [A. Kokh, V. Vlezko, K. Kokh, N. Kononova, Ph. Villeval, D. Lupinski. Dynamic control over the heat field during LBO crystal growth by high temperature solution method - J. Crystal Growth, vol. 360, 2012, pp. 158-161] describes the design of the installation and method of growing crystals of LBO. The heating furnace consists of three vertical heating zones, this makes it possible to control the axial temperature gradient. The middle and lower heating zones, in turn, each consist of eight heating elements. In the temperature control system there are load switches of the middle and lower zones, with the help of which the effect on the heat flux from each of the heating elements is provided by changing the connection / disconnection time of the heating elements individually or in groups. This design of the heating furnace and the corresponding control system of the growth unit provide the ability to control convective flows in the melt, as well as to bring the so-called cold point to the center of the surface of the solution-melt for contact of the seed crystal with the solution-melt at the point with the lowest temperature.

Объем и вес выращенного кристалла зависят от размеров используемого в данной установке ростового тигля, от начальной загрузки шихты, концентрации полезного компонента и от величины общего понижения температуры в нагревательной печи в процессе выращивания кристалла. Очевидно, что при фиксированных указанных выше параметрах вес (объем) полученных кристаллов будет также одинаков. Кристалл LBO по известному способу выращивают в условиях симметричного теплового поля, что обеспечивает получение кристалла, отношение размеров которого по направлениям "а" и "b" близкое к отношению параметров элементарной ячейки в данных направлениях ("а"/"b"=1.14). При этом размер кристалла вдоль направления "с" зависит от осевого градиента, который не влияет на размер кристалла в направлениях "а" и "b", сохраняя их отношение близкое к 1.14. Из этого следует, что при фиксированных технологических параметрах, в условиях симметричного теплового поля не удается изменить размеры кристаллов в направлениях "а" и "b", чтобы достигнуть увеличения размеров нелинейно-оптических элементов под разные типы синхронизма.The volume and weight of the grown crystal depend on the size of the growth crucible used in this installation, on the initial charge of the charge, on the concentration of the useful component, and on the value of the total temperature decrease in the heating furnace during the crystal growth. Obviously, with the above parameters fixed, the weight (volume) of the obtained crystals will also be the same. The LBO crystal according to the known method is grown in a symmetric thermal field, which provides a crystal whose size ratio in the directions "a" and "b" is close to the ratio of the unit cell parameters in these directions ("a" / "b" = 1.14). In this case, the crystal size along the c direction depends on the axial gradient, which does not affect the crystal size in the a and b directions, keeping their ratio close to 1.14. It follows from this that with fixed technological parameters, under conditions of a symmetric thermal field, it is not possible to change the dimensions of the crystals in the directions "a" and "b" in order to achieve an increase in the size of nonlinear optical elements for different types of synchronism.

Задачей изобретения является создание условий выращивания кристаллов LBO необходимых размеров в заданных кристаллографических направлениях, обеспечивающих возможность изготовления нелинейно-оптических элементов увеличенных размеров для различных типов преобразования лазерного излучения.The objective of the invention is to create conditions for growing LBO crystals of the required size in the given crystallographic directions, providing the possibility of manufacturing non-linear optical elements of increased size for various types of laser radiation conversion.

Технический результат заключается в создании в процессе разращивания кристалла динамически изменяющихся, ассиметричных тепловых полей путем управления тепловыми потоками в расплаве от нагревательных элементов ростовой печи.The technical result consists in creating dynamically changing, asymmetric heat fields during crystal growth by controlling heat fluxes in the melt from the heating elements of the growth furnace.

Для увеличения диаметра нелинейно-оптического элемента для преобразования во вторую гармонику необходимо обеспечить отношение размеров кристалла по направлениям "а" и "b" к близкому к единице и увеличить относительный размер кристалла вдоль направления "с". Для этого в способе выращивания кристалла трибората лития, включающем загрузку начальной шихты в ростовой тигель, ее расплавление и гомогенизацию, приведение точки с наименьшей температурой на поверхности раствор-расплава в центр тигля, введение ориентированного затравочного кристалла в контакт с поверхностью раствор-расплава в центре тигля, поиск равновесной температуры и последующее разращивание кристалла при снижении температуры в трех-зонной ростовой печи, средняя и нижняя зоны которой состоят из восьми нагревательных элементов, коммутация по времени которых обеспечивает управление тепловыми потоками в расплаве от нагревательных элементов ростовой печи, разращивание кристалла ведут при понижении температуры на нижней зоне относительно средней и верхней зон таким образом, чтобы в конце ростового цикла температурный интервал снижения нижней зоны увеличился на 5-10%, и при увеличении в процессе роста времени отключения 2, 3, 6 и 7 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "b" с 5 до 7 секунд и с 20 до 23 секунд, соответственно, при одновременном дополнительном уменьшении времени отключения 1, 4. 5 и 8 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "а" с 5 до 3 секунд и с 20 до 17 секунд, соответственно. Т.о., управление потоками в расплаве путем относительного увеличения времени подключения нагревательных элементов печи вдоль направлений "+а" и "-а" по отношению к направлениям "+b" и "-b" обеспечивает разращивание кристалла в условиях асимметричного теплового поля, что позволяет увеличить радиальный градиент температуры вдоль направления "а" относительно направления "b" при общем их увеличении относительно направления "с".To increase the diameter of the nonlinear optical element for conversion to the second harmonic, it is necessary to ensure the ratio of the crystal sizes in the directions "a" and "b" to close to unity and to increase the relative size of the crystal along the direction "c". For this, in a method for growing a lithium triborate crystal, which includes loading the initial charge into a growth crucible, melting and homogenizing it, bringing the point with the lowest temperature on the surface of the solution-melt to the center of the crucible, introducing an oriented seed crystal into contact with the surface of the solution-melt in the center of the crucible , the search for equilibrium temperature and subsequent crystal growth with a decrease in temperature in a three-zone growth furnace, the middle and lower zones of which consist of eight heating elements , the time switching of which provides control of the heat fluxes in the melt from the heating elements of the growth furnace, crystal growth is carried out with a decrease in temperature in the lower zone relative to the middle and upper zones so that at the end of the growth cycle the temperature interval of the lower zone decreases by 5-10% , and when the shutdown time of 2, 3, 6, and 7 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction “b” from 5 to 7 seconds and from 20 to 23 seconds increases with growth Naturally, with a simultaneous additional reduction in the shutdown time of 1, 4. 5 and 8 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction “a” from 5 to 3 seconds and from 20 to 17 seconds, respectively. Thus, the control of flows in the melt by a relative increase in the time of connecting the heating elements of the furnace along the directions "+ a" and "-a" with respect to the directions "+ b" and "-b" provides crystal growth under conditions of an asymmetric thermal field, which allows you to increase the radial temperature gradient along the direction "a" relative to the direction "b" with a total increase relative to the direction "c".

Другим вариантом изобретения является то, что для увеличения диаметра нелинейно-оптического элемента для преобразования в третью гармонику в процессе выращивания необходимо обеспечить преимущественный рост кристалла в направлении, перпендикулярном одной из граней (011), для этого следует уменьшать радиальный градиент температуры вдоль направления "+b", относительно направления "-b", то есть обеспечить преимущественное охлаждение в печи вдоль направления "+b", относительно направления "-b". Данный эффект достигается увеличением времени подключения нагревательных элементов печи вдоль направления "+b" по отношению к направлению "-b". Выращенный в таких условиях кристалл будет несимметричным (перекошенным) относительно центральной оси в плоскости перпендикулярной направлению "а". Данный результат достигается тем, что в способе выращивания кристалла трибората лития, включающем загрузку начальной шихты в ростовой тигель, ее расплавление и гомогенизацию, приведение точки с наименьшей температурой на поверхности раствор-расплава в центр тигля, введение ориентированного затравочного кристалла в контакт с поверхностью раствор-расплава в центре тигля, поиск равновесной температуры и последующее разращивание кристалла при снижении температуры в трех-зонной ростовой печи, средняя и нижняя зоны которой состоят из восьми нагревательных элементов, коммутация по времени которых обеспечивает управление тепловыми потоками в расплаве, разращивание кристалла ведут при понижении температуры на нижней зоне относительно средней и верхней зон таким образом, чтобы в конце ростового цикла температурный интервал снижения нижней зоны увеличился на 5-10%, и при изменении в процессе роста времени отключения 5 и 8 нагревательных элементов нижней зоны с 30 до 35 секунд, 6 и 7 с 30 до 37 секунд, 1 и 4 с 30 до 27 секунд и 2 и 3 с 30 до 23 секунд.Another embodiment of the invention is that in order to increase the diameter of the nonlinear optical element for conversion to the third harmonic during the growing process, it is necessary to preferentially grow the crystal in the direction perpendicular to one of the faces (011), to do this, reduce the radial temperature gradient along the + b direction ", relative to the direction" -b ", that is, to provide preferential cooling in the furnace along the direction" + b ", relative to the direction" -b ". This effect is achieved by increasing the connection time of the heating elements of the furnace along the direction "+ b" with respect to the direction "-b". The crystal grown under such conditions will be asymmetric (skewed) with respect to the central axis in the plane perpendicular to the "a" direction. This result is achieved by the fact that in the method of growing a crystal of lithium triborate, including loading the initial charge into a growth crucible, melting and homogenizing it, bringing the point with the lowest temperature on the surface of the solution-melt to the center of the crucible, introducing an oriented seed crystal into contact with the surface of the solution melt in the center of the crucible, the search for equilibrium temperature and subsequent crystal growth with a decrease in temperature in a three-zone growth furnace, the middle and lower zones of which consist of eight by heating elements, the time switching of which provides control of the heat fluxes in the melt, crystal growth is carried out with a decrease in temperature in the lower zone relative to the middle and upper zones so that at the end of the growth cycle the temperature interval for lower zone decrease increases by 5-10%, and when the time of switching off 5 and 8 heating elements of the lower zone changes from 30 to 35 seconds, 6 and 7 from 30 to 37 seconds, 1 and 4 from 30 to 27 seconds and 2 and 3 from 30 to 23 seconds during a change in the growth time.

Наряду с цилиндрической формой нелинейно-оптических элементов LBO для преобразования широкоапертурных лазерных пучков, когда диаметр значительно превышает толщину, часто используются нелинейно-оптические элементы из кристалла LBO в форме прямоугольного параллелепипеда для преобразования во вторую гармонику в условиях, так называемого, некритического фазового синхронизма при повышенной температуре. Ориентация элемента в данном случае совпадает с кристаллографическим направлением "а" или [100]: (θ=90°, ϕ=0°). При этом длина элемента, как правило, значительно превышает размер его апертуры, т.е. требуются кристаллы с большим размером по направлению "а", до 100 и более мм. Данный эффект может быть достигнут более медленным охлаждением нижней зоны относительно средней и верхней, а также относительным уменьшением времени подключения нагревательных элементов печи вдоль направлений "+а" и "-а" по отношению к направлениям "+b" и "-b". Таким образом, еще одним вариантом изобретения является то, что для увеличения длины нелинейно-оптического элемента для преобразования во вторую гармонику в условиях, так называемого, некритичного фазового синхронизма при повышенной температуре, в способе выращивания кристалла трибората лития, включающем загрузку начальной шихты в ростовой тигель, ее расплавление и гомогенизацию, приведение точки с наименьшей температурой на поверхности раствор-расплава в центр тигля, введение ориентированного затравочного кристалла в контакт с поверхностью раствор-расплава в центре тигля, поиск равновесной температуры, и последующее разращивание кристалла при снижении температуры в трех-зонной ростовой печи, средняя и нижняя зоны которой состоят из восьми нагревательных элементов, коммутация по времени которых обеспечивает управление тепловыми потоками в расплаве, разращивание кристалла ведут при понижении температуры на нижней зоне относительно средней и верхних зон таким образом, чтобы в конце ростового цикла температурный интервал снижения нижней зоны уменьшился на 5-10% и при увеличении в процессе роста времени отключения 1, 8, 4 и 5 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "а", с 6 до 11 секунд и с 30 до 37 секунд, соответственно, и при одновременном уменьшении времени отключения 2, 3. 6 и 7 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "b" с 6 до 1 секунды и с 30 до 23 секунд, соответственно.Along with the cylindrical shape of LBO nonlinear optical elements for converting wide-aperture laser beams when the diameter is much greater than the thickness, nonlinear optical elements from a LBO crystal in the form of a rectangular parallelepiped are often used to convert to the second harmonic under conditions of the so-called non-critical phase matching with increased temperature. The orientation of the element in this case coincides with the crystallographic direction “a” or [100]: (θ = 90 °, ϕ = 0 °). The length of the element, as a rule, significantly exceeds the size of its aperture, i.e. crystals with a large size in the "a" direction are required, up to 100 and more mm. This effect can be achieved by slower cooling of the lower zone relative to the middle and upper, as well as by a relative reduction in the time of connecting the heating elements of the furnace along the directions "+ a" and "-a" with respect to the directions "+ b" and "-b". Thus, another embodiment of the invention is that to increase the length of the nonlinear optical element for conversion to the second harmonic under conditions of the so-called uncritical phase matching at elevated temperature, in a method for growing a lithium triborate crystal, including loading the initial charge into a growth crucible , its melting and homogenization, bringing the point with the lowest temperature on the surface of the solution-melt to the center of the crucible, introducing an oriented seed crystal into contact with by the temperature of the solution-melt in the center of the crucible, the search for equilibrium temperature, and subsequent crystal growth with a decrease in temperature in a three-zone growth furnace, the middle and lower zones of which consist of eight heating elements, the time switching of which ensures control of heat fluxes in the melt, crystal growth lead at lower temperatures in the lower zone relative to the middle and upper zones in such a way that at the end of the growth cycle, the temperature interval for lowering the lower zone decreases by 5-10% and and increase in the process of increasing the shutdown time of 1, 8, 4 and 5 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction "a" from 6 to 11 seconds and from 30 to 37 seconds, respectively, and while reducing the shutdown time 2 , 3. 6 and 7 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction "b" from 6 to 1 second and from 30 to 23 seconds, respectively.

На фиг. 1 представлена схема конструкции нагревательной печи ростовой установки, описанная в работе J. Crystal Growth, vol. 360, 2012, pp. 158-161 и используемая в изобретении.In FIG. 1 is a structural diagram of a growth furnace heating furnace described in J. Crystal Growth, vol. 360, 2012, pp. 158-161 and used in the invention.

На фиг. 2 представлена проекция кристалла LBO, выращенного в условиях симметричного теплового поля (по условиям известного решения: J. Crystal Growth, vol. 360, 2012, pp. 158-161) в трех-зонной ростовой печи, средняя и нижняя зоны которой состоят из восьми нагревательных элементов (1-8) в платиновом тигле (9) из раствор-расплава (10). Соотношение размеров кристалла по направлениям "а" и "b" близко к 1.14, что соответствует соотношению параметров элементарной ячейки в данных направлениях. Размер кристалла вдоль направления "с" зависит от осевого градиента. Представлены также ориентации нелинейно-оптических элементов для преобразования длины волны 1064 нм во вторую (532 нм: тип синхронизма Type I; ориентация: θ=90°, ϕ=11.4°) (11), третью (533 нм: тип синхронизма Type II; ориентация: θ=42.6°, ϕ=90°) (12) гармоники, во вторую гармонику некритического фазового синхронизма при повышенной температуре (ориентация: θ=90°, ϕ=0°) (13) и расположение (раскрой) соответствующих нелинейно-оптических элементов в формах цилиндра и прямоугольного параллелепипеда в объеме выращенного кристалла.In FIG. Figure 2 shows the projection of an LBO crystal grown under a symmetric thermal field (according to the conditions of the well-known solution: J. Crystal Growth, vol. 360, 2012, pp. 158-161) in a three-zone growth furnace, the middle and lower zones of which consist of eight heating elements (1-8) in a platinum crucible (9) from a solution-melt (10). The ratio of crystal sizes in the directions "a" and "b" is close to 1.14, which corresponds to the ratio of the unit cell parameters in these directions. The size of the crystal along the c direction depends on the axial gradient. The orientations of nonlinear optical elements for converting a wavelength of 1064 nm into the second (532 nm: type I phase matching type; orientation: θ = 90 °, ϕ = 11.4 °) (11), and the third (533 nm: type II type synchronization are also presented; orientation: θ = 42.6 °, ϕ = 90 °) (12) harmonics, to the second harmonic of non-critical phase matching at elevated temperature (orientation: θ = 90 °, ϕ = 0 °) (13) and the location (cutting) of the corresponding nonlinear optical elements in the form of a cylinder and a rectangular parallelepiped in the volume of the grown crystal.

На фиг. 3 показаны проекции кристалла одинакового объема с кристаллом на фиг. 2 с увеличенным размером нелинейно-оптического элемента под 2-ю гармонику. Проекции кристалла LBO, выращенного в асимметричном тепловом поле под раскрой нелинейно-оптического элемента под 2-ю гармонику. Отношение размеров по "а" и "b" близко к 1. Вписанный нелинейно-оптический элемент под 2ω (Type I, θ=90°, ϕ=11.4°). Обозначения те же, что на фиг. 2.In FIG. 3 shows projections of a crystal of the same volume as the crystal in FIG. 2 with an increased size of the nonlinear optical element to the 2nd harmonic. Projections of an LBO crystal grown in an asymmetric thermal field under the cutting of a nonlinear optical element under the 2nd harmonic. The ratio of the dimensions in "a" and "b" is close to 1. The inscribed nonlinear optical element under 2ω (Type I, θ = 90 °, ϕ = 11.4 °). The designations are the same as in FIG. 2.

На фиг. 4 показаны проекции кристалла одинакового объема с кристаллом на фиг. 2 с увеличенным размером нелинейно-оптического элемента под 3-ю гармонику. Проекции кристалла LBO, выращенного в асимметричном тепловом поле под раскрой нелинейно-оптического элемента под 3-ю гармонику - преимущественное разращивание кристалла по кристаллографическому направлению [001]. Вписанный нелинейно-оптический элемент под 3ω (Туре II, θ=42.6°, ϕ=90°). Обозначения те же что на фиг. 2.In FIG. 4 shows projections of a crystal of the same volume as the crystal in FIG. 2 with an increased size of the nonlinear optical element under the 3rd harmonic. The projections of an LBO crystal grown in an asymmetric thermal field under the cutting of a nonlinear optical element to the 3rd harmonic are the predominant crystal growth in the [001] crystallographic direction. An inscribed nonlinear optical element under 3ω (Toure II, θ = 42.6 °, ϕ = 90 °). The designations are the same as in FIG. 2.

На фиг. 5 показана проекция кристалла одинакового объема с кристаллом на фиг. 2 с увеличенной длиной нелинейно-оптического элемента под вторую гармонику некритического фазового синхронизма. Проекции кристалла LBO, выращенного в асимметричном тепловом поле под раскрой нелинейно-оптического элемента под 2 со в условиях, так называемого некритического фазового синхронизма при повышенной температуре. Отношение "а" к "b" близко к 1,33. Ориентация вписанного нелинейно-оптического элемента совпадает с кристаллографическим направлением "а" или [100]: (θ=90°, ϕ=0°). Обозначения те же, что и на фиг. 2.In FIG. 5 shows a projection of a crystal of the same volume as the crystal in FIG. 2 with an increased length of the nonlinear optical element to the second harmonic of non-critical phase matching. Projections of an LBO crystal grown in an asymmetric thermal field under the cutting of a nonlinear optical element at 2 ° C under conditions of the so-called non-critical phase matching at elevated temperature. The ratio of "a" to "b" is close to 1.33. The orientation of the inscribed nonlinear optical element coincides with the crystallographic direction “a” or [100]: (θ = 90 °, ϕ = 0 °). The designations are the same as in FIG. 2.

На фиг. 6 приведены графики снижения температуры (а, b) и изменения времени переключения нагревательных элементов (с, d)In FIG. Figure 6 shows graphs of temperature decrease (a, b) and change in the switching time of heating elements (s, d)

На фиг. 7 a, b представлена фотография кристалла LBO, выращенного в симметричном тепловом поле (по условиям известного решения) с соотношением размеров кристалла по направлениям "а" и "b", близким к соотношению параметров элементарной ячейки 1,14 по примеру 1, табл. 1, №1.In FIG. Figures 7a and b show a photograph of an LBO crystal grown in a symmetric thermal field (according to the conditions of the known solution) with a ratio of crystal sizes in directions "a" and "b" close to the ratio of unit cell parameters 1.14 in Example 1, table. 1, No. 1.

На фиг. 8 a, b представлены фотографии кристалла LBO, выращенного в асимметричном тепловом поле (по заявляемому способу) с соотношением размеров кристалла по направлениям "а" и "b" близким к единице, по примеру 2, табл. 1, №2.In FIG. 8 a, b are photographs of an LBO crystal grown in an asymmetric thermal field (according to the present method) with a ratio of crystal sizes in directions "a" and "b" close to unity, as in example 2, table. 1, No. 2.

На фиг. 9 a, b представлены фотографии кристалла LBO, выращенного в симметричном тепловом поле по условиям известного решения (J. Crystal Growth, vol. 360, 2012, pp. 158-161), по примеру 3, табл. 2, №1.In FIG. 9 a, b show photographs of a LBO crystal grown in a symmetric thermal field according to the conditions of a known solution (J. Crystal Growth, vol. 360, 2012, pp. 158-161), according to Example 3, table. 2, No. 1.

На фиг. 10 а, b, с представлены фотографии кристалла, выращенного в асимметричном тепловом поле (по заявляемому способу) с преимущественным разращиванием кристалла по кристаллографическому направлению [001], по примеру 4, табл. 2, №2.In FIG. 10 a, b, c presents photographs of a crystal grown in an asymmetric thermal field (according to the present method) with predominant growth of the crystal in the crystallographic direction [001], as in example 4, table. 2, No. 2.

На фиг. 11а, b представлены фотографии кристалла, выращенного в асимметричном тепловом поле (по заявляемому способу) с преимущественным разращиванием кристалла в направлении "а", по примеру 5, табл. 2, №3.In FIG. 11a, b are photographs of a crystal grown in an asymmetric thermal field (according to the present method) with predominant growth of the crystal in the direction "a", as in example 5, table. 2, No. 3.

Рост кристаллов трибората лития (LiB3O5) в условиях симметричных тепловых полей (по способу известного решения) продемонстирован на примерах 1 и 3, и в условиях асимметричных тепловых полей (по трем заявляемым способам) - на примерах 2,4,5.The growth of lithium triborate crystals (LiB 3 O 5 ) under conditions of symmetric thermal fields (according to the method of the known solution) is demonstrated in Examples 1 and 3, and in conditions of asymmetric thermal fields (according to the three claimed methods), examples 2,4,5.

Пример 1. В платиновый тигель диаметром 140 мм загружают шихту для получения 3 кг готового расплава. Соотношения компонентов флюса 2Li2O:3B2O3:3МоО3 и количество раствор-расплава позволяют выращивать кристаллы в зависимости от температурного интервала весом от 600 до 700 г. После гомогенизации раствор-расплава в течение 5-7 суток температуру в печи понижают до значения на 10-15 градусов выше, чем предполагаемая температура равновесной точки и устанавливают необходимое соотношение между температурами верхней, средней и нижней зонами. Времена переключения нагревательных элементов средней и нижней зон, подобранные опытным путем, составляют 5 и 20 секунд, соответственно. Путем корректировки времени переключения нагревательных элементов добиваются перемещения точки с наименьшей температурой - «холодной точки» в центр тигля. Затем в печь опускают затравку, зафиксированную в кристаллодержателе и ориентированную относительно нагревателей ростовой печи, как показано на фиг. 2. Затравку приближают к поверхности раствор-расплава и определяют равновесную температуру начала роста по оплавлению затравки после нескольких касаний поверхности расплава и понижения температуры в зависимости от величины оплавления затравочного кристалла. После нахождения равновесной температуры начинают разращивание кристалла. График скорости снижения температуры определен экспериментально и представлен на фиг. 6а. Времена переключения нагревательных элементов с учетом корректирующих добавок остаются неизменными в течение всего процесса выращивания. По окончании ростового процесса кристалл поднимают над расплавом и охлаждают со скоростью 15 град/ч до комнатной температуры.Example 1. In a platinum crucible with a diameter of 140 mm load the mixture to obtain 3 kg of the finished melt. The ratio of the components of the flux 2Li 2 O: 3B 2 O 3 : 3MoO 3 and the amount of the melt solution allow to grow crystals depending on the temperature range weighing from 600 to 700 g. After homogenization of the melt solution for 5-7 days, the temperature in the furnace is reduced to values are 10-15 degrees higher than the expected temperature of the equilibrium point and establish the necessary ratio between the temperatures of the upper, middle and lower zones. The switching times of the heating elements of the middle and lower zones, selected experimentally, are 5 and 20 seconds, respectively. By adjusting the switching time of the heating elements, the point with the lowest temperature, “cold point”, is moved to the center of the crucible. Then, the seed fixed in the crystal holder and oriented relative to the heaters of the growth furnace is lowered into the furnace, as shown in FIG. 2. The seed is brought closer to the surface of the solution-melt and the equilibrium temperature of the onset of growth is determined by melting the seed after several touches of the surface of the melt and lowering the temperature, depending on the amount of fusion of the seed crystal. After finding the equilibrium temperature, the crystal begins to grow. The graph of the temperature reduction rate is determined experimentally and is presented in FIG. 6a. The switching times of the heating elements, taking into account the corrective additives, remain unchanged throughout the growing process. At the end of the growth process, the crystal is raised above the melt and cooled at a rate of 15 deg / h to room temperature.

Кристалл LBO, выращенный в симметричном тепловом поле по известному способу (табл. 1, №1) с отношением размеров кристалла по направлениям "а" и "b", близком к отношению параметров элементарной ячейки в данных направлениях ("а"/"b"=1.14), представлен на фиг. 7а, b. Из такого кристалла возможно изготовить (выкроить) нелинейно-оптический элемент под 2-ю гармонику диаметром 30 мм при толщине 12 мм (фиг. 2).An LBO crystal grown in a symmetric thermal field according to the known method (Table 1, No. 1) with a ratio of crystal sizes in directions "a" and "b" close to the ratio of unit cell parameters in these directions ("a" / "b" = 1.14), shown in FIG. 7a, b. From such a crystal it is possible to make (cut out) a nonlinear optical element for the 2nd harmonic with a diameter of 30 mm and a thickness of 12 mm (Fig. 2).

Пример 2. Выращивание кристаллов LBO осуществляли из раствора-расплава весом 3 кг при оотношениях компонентов флюса, указанных в примере 1. Процедура выращивания до поиска равновесной температуры соответствует описанной в примере 1. Разращивание кристалла ведут при понижении температуры в нижней зоне по программе (1) и в верхней и средней зонах по программе (2) (фиг. 6b), таким образом, чтобы в конце ростового цикла температурный интервал снижения нижней зоны увеличился на 5-10%. В процессе понижения температуры производится также дополнительная корректировка времени переключения нагревательных элементов (фиг. 6с, пунктирные линии) путем отключения 2, 3, 6 и 7 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "b" с 5 до 7 секунд и с 20 до 23 секунд, соответственно, при одновременном дополнительном уменьшении времени отключения 1, 4, 5 и 8 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "а" с 5 до 3 секунд и с 20 до 17 секунд, соответственно.Example 2. LBO crystals were grown from a melt solution weighing 3 kg at the ratios of the flux components specified in Example 1. The growth procedure to find the equilibrium temperature corresponds to that described in Example 1. Crystal growth was carried out at lower temperatures in the lower zone according to the program (1) and in the upper and middle zones according to the program (2) (Fig. 6b), so that at the end of the growth cycle, the temperature interval of the lower zone decrease increases by 5-10%. In the process of lowering the temperature, an additional adjustment of the switching time of the heating elements (Fig. 6c, dashed lines) is also performed by turning off 2, 3, 6 and 7 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction "b" from 5 to 7 seconds and s 20 to 23 seconds, respectively, while simultaneously reducing the shutdown time of 1, 4, 5, and 8 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction a from 5 to 3 seconds and from 20 to 17 seconds, respectively of course.

Figure 00000002
Figure 00000002

Кристалл LBO, выращенный в асимметричном тепловом поле по первому заявленному варианту (табл. 1, №2), представлен на фиг. 8а, b. Из такого кристалла возможно изготовить нелинейно-оптический элемент под 2-ю гармонику диаметром 40 мм при толщине 12 мм (фиг. 3).An LBO crystal grown in an asymmetric thermal field according to the first declared embodiment (Table 1, No. 2) is shown in FIG. 8a, b. It is possible to make a nonlinear optical element from such a crystal under the 2nd harmonic with a diameter of 40 mm and a thickness of 12 mm (Fig. 3).

Пример 3. В платиновый тигель диаметром 180 мм загружают шихту для получения 7,5 кг готового расплава. Соотношения компонентов флюса 2Li2O:3B2O3:3МоО3 и количество раствор-расплава позволяют выращивать кристаллы весом от 1350 до 1450 г. Процедуры подготовки расплава, затравления и выращивания приведены в примере 1. Температуры в трех зонах снижают в соответствии с программой, представленной на фиг. 6а (2), а время переключения нагревательных элементов средней и нижней зон, подобранных опытным путем, составляют 6 и 30 секунд, соответственно.Example 3. In a platinum crucible with a diameter of 180 mm load the mixture to obtain 7.5 kg of the finished melt. The ratio of the components of the flux 2Li 2 O: 3B 2 O 3 : 3MoO 3 and the amount of the melt solution allow to grow crystals weighing from 1350 to 1450 g. The procedures for preparing the melt, seeding and growing are shown in example 1. Temperatures in three zones are reduced in accordance with the program shown in FIG. 6a (2), and the switching time of the heating elements of the middle and lower zones, selected experimentally, is 6 and 30 seconds, respectively.

Кристалл LBO, выращенный по известному способу (табл. 2, №1) в симметричном тепловом поле с соотношением размеров кристалла по направлениям "а" и "b", близким к соотношению параметров элементарной ячейки ("а" / "b"=1.14), представлен на фиг. 9 а, b. Из кристалла возможно изготовить нелинейно-оптический элемент под 3-ю гармонику диаметром 55 мм при толщине 12 мм (фиг. 2).An LBO crystal grown by a known method (Table 2, No. 1) in a symmetric thermal field with a ratio of crystal sizes in the directions "a" and "b" close to the ratio of unit cell parameters ("a" / "b" = 1.14) shown in FIG. 9 a, b. It is possible to make a nonlinear optical element from a crystal under the 3rd harmonic with a diameter of 55 mm and a thickness of 12 mm (Fig. 2).

Пример 4. Выращивание кристаллов LBO осуществляли из раствора-расплава весом 7,5 кг при соотношениях компонентов флюса, указанных в примере 3. Процедура выращивания до поиска равновесной температуры соответствует описанной в примере 1. Разращивание кристалла ведут при понижении температуры в нижней зоне по программе (3) и при понижении температуры в верхней и средней зонах по программе (4) (фиг. 6b) таким образом, чтобы в конце ростового цикла температурный интервал снижения нижней зоны увеличился на 5-10%. В процессе понижения температуры производится также дополнительная корректировка времени переключения нагревательных элементов (фиг. 6а) путем изменения в процессе роста времени отключения соответствующих нагревательных элементов нижней зоны, а именно, 5 и 8 с 30 до 35 секунд, 6 и 7 с 30 до 37 секунд, 1 и 4 с 30 до 27 секунд, 2 и 3 с 30 до 23 секунд.Example 4. LBO crystals were grown from a melt solution weighing 7.5 kg at the ratios of the flux components specified in Example 3. The growth procedure until the search for equilibrium temperature corresponds to that described in Example 1. Crystal growth was carried out at lower temperatures in the lower zone according to the program ( 3) and with a decrease in temperature in the upper and middle zones according to the program (4) (Fig. 6b) so that at the end of the growth cycle, the temperature interval for lowering the lower zone increases by 5-10%. In the process of lowering the temperature, an additional adjustment of the switching time of the heating elements (Fig. 6a) is also carried out by changing, in the process of increasing the time, the shutdown of the corresponding heating elements of the lower zone, namely, 5 and 8 from 30 to 35 seconds, 6 and 7 from 30 to 37 seconds , 1 and 4 from 30 to 27 seconds, 2 and 3 from 30 to 23 seconds.

Кристалл LBO, выращенный в асимметричном тепловом поле по второму заявленному варианту (табл. 2, №2) представлен на фиг. 10а, b, с. Из кристалла возможно изготовить нелинейно-оптический элемент под 3-ю гармонику диаметром 65 мм при толщине 12 мм (фиг. 4).The LBO crystal grown in an asymmetric thermal field according to the second claimed embodiment (Table 2, No. 2) is shown in FIG. 10a, b, p. It is possible to make a nonlinear optical element from a crystal under the 3rd harmonic with a diameter of 65 mm and a thickness of 12 mm (Fig. 4).

Пример 5. Выращивание кристаллов LBO осуществляли из раствора-расплава весом 7,5 кг при соотношениях компонентов флюса, указанных в примере 1. Процедура выращивания до поиска равновесной температуры соответствует описанной в примере 1. Разращивание кристалла ведут при понижении температуры в верхней и средней зонах по программе (4) и понижении температуры в нижней зоне по программе (5) (фиг. 6b) таким образом, чтобы в конце ростового цикла температурный интервал снижения нижней зоны уменьшился на 5-10%. В процессе понижения температуры производится также дополнительная корректировка времени переключения нагревательных элементов (фиг. 6с, сплошные линии) путем увеличении в процессе роста времени отключения 1, 8, 4 и 5 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "а", с 6 до 11 секунд и с 30 до 37 секунд, соответственно, и при одновременном уменьшении времени отключения 2, 3, 6 и 7 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "b" с 6 до 1 секунды и с 30 до 23 секунд, соответственно.Example 5. The growth of LBO crystals was carried out from a melt solution weighing 7.5 kg at the ratios of the components of the flux specified in example 1. The growing procedure to find the equilibrium temperature corresponds to that described in example 1. Crystal growth is carried out at lower temperatures in the upper and middle zones program (4) and lowering the temperature in the lower zone according to program (5) (Fig. 6b) so that at the end of the growth cycle, the temperature interval for lowering the lower zone is reduced by 5-10%. In the process of lowering the temperature, an additional adjustment of the switching time of the heating elements (Fig. 6c, solid lines) is also made by increasing the shutdown time of 1, 8, 4, and 5 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction “a”, c 6 to 11 seconds and from 30 to 37 seconds, respectively, and while reducing the shutdown time of 2, 3, 6 and 7 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction "b" from 6 to 1 second and from 30 to 23 seconds, respectively.

Кристалл LBO, выращенный в асимметричном тепловом поле с преимущественным разращиванием кристалла в направлении "а" по третьему заявленному варианту (табл. 2, №3) представлен на фиг. 11 а, b. Из данного кристалла возможно изготовить нелинейно-оптический элемент в форме прямоугольного параллелепипеда под 2-ю гармонику для некритического фазового синхронизма длиной 100÷120 мм при размере апертуры 15×15÷12×12 мм (фиг. 5).

Figure 00000003
An LBO crystal grown in an asymmetric thermal field with predominantly crystal growth in the direction “a” according to the third claimed embodiment (Table 2, No. 3) is shown in FIG. 11 a, b. It is possible to make a nonlinear optical element in the form of a rectangular parallelepiped for the 2nd harmonic for noncritical phase matching with a length of 100 ÷ 120 mm and an aperture size of 15 × 15 ÷ 12 × 12 mm from this crystal (Fig. 5).
Figure 00000003

Claims (3)

1. Способ выращивания кристалла трибората лития, включающий загрузку начальной шихты в ростовой тигель, ее расплавление и гомогенизацию, приведение точки с наименьшей температурой на поверхности раствор-расплава в центр тигля, введение ориентированного затравочного кристалла в контакт с поверхностью раствор-расплава в центре тигля, поиск равновесной температуры и последующее разращивание кристалла при снижении температуры в трехзонной ростовой печи, средняя и нижняя зоны которой состоят из восьми нагревательных элементов, коммутация по времени которых обеспечивает управление конвективными потоками в расплаве, отличающийся тем, что разращивание кристалла ведут при понижении температуры на нижней зоне относительно средней и верхней зон таким образом, чтобы в конце ростового цикла температурный интервал снижения нижней зоны увеличился на 5-10% при увеличении в процессе роста времени отключения 2, 3, 6 и 7 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "b", с 5 до 7 секунд и с 20 до 23 секунд соответственно, при одновременном дополнительном уменьшении времени отключения 1, 4, 5 и 8 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "а", с 5 до 3 секунд и с 20 до 17 секунд соответственно.1. A method of growing a crystal of lithium triborate, including loading the initial charge into a growth crucible, melting and homogenizing it, bringing the point with the lowest temperature on the surface of the solution-melt to the center of the crucible, introducing an oriented seed crystal into contact with the surface of the solution-melt in the center of the crucible, search for equilibrium temperature and subsequent crystal growth with a decrease in temperature in a three-zone growth furnace, the middle and lower zones of which consist of eight heating elements, switching in time which provides control of convective flows in the melt, characterized in that the crystal growth is carried out at lower temperatures in the lower zone relative to the middle and upper zones so that at the end of the growth cycle the temperature interval for lower zone decrease increases by 5-10% with an increase in the process of increasing the shutdown time of 2, 3, 6 and 7 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction "b", from 5 to 7 seconds and from 20 to 23 seconds, respectively, while additional reduction of the shutdown time of 1, 4, 5 and 8 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction "a" from 5 to 3 seconds and from 20 to 17 seconds, respectively. 2. Способ выращивания кристалла трибората лития, включающий загрузку начальной шихты в ростовой тигель, ее расплавление и гомогенизацию, приведение точки с наименьшей температурой на поверхности раствор-расплава в центр тигля, введение ориентированного затравочного кристалла в контакт с поверхностью раствор-расплава в центре тигля, поиск равновесной температуры и последующее разращивание кристалла при снижении температуры в трехзонной ростовой печи, средняя и нижняя зоны которой состоят из восьми нагревательных элементов, коммутация по времени которых обеспечивает управление конвективными потоками в расплаве, отличающийся тем, что разращивание кристалла ведут при понижении температуры на нижней зоне относительно средней и верхней зон таким образом, чтобы в конце ростового цикла температурный интервал снижения нижней зоны увеличился на 5-10% при изменении в процессе роста времени отключения нагревательных элементов нижней зоны 5 и 8 с 30 до 35 секунд, 6 и 7 с 30 до 37 секунд, 1 и 4 с 30 до 27 секунд, 2 и 3 с 30 до 23 секунд.2. A method of growing a crystal of lithium triborate, including loading the initial charge into a growth crucible, melting and homogenizing it, bringing the point with the lowest temperature on the surface of the solution-melt to the center of the crucible, introducing an oriented seed crystal into contact with the surface of the solution-melt in the center of the crucible, search for equilibrium temperature and subsequent crystal growth with a decrease in temperature in a three-zone growth furnace, the middle and lower zones of which consist of eight heating elements, switching in time which provides control of convective flows in the melt, characterized in that the crystal growth is carried out at lower temperatures in the lower zone relative to the middle and upper zones so that at the end of the growth cycle, the temperature interval for lowering the zone increases by 5-10% with a change in the process of increasing the shutdown time of the heating elements of the lower zone 5 and 8 from 30 to 35 seconds, 6 and 7 from 30 to 37 seconds, 1 and 4 from 30 to 27 seconds, 2 and 3 from 30 to 23 seconds. 3. Способ выращивания кристалла трибората лития, включающий загрузку начальной шихты в ростовой тигель, ее расплавление и гомогенизацию, приведение точки с наименьшей температурой на поверхности раствор-расплава в центр тигля, введение ориентированного затравочного кристалла в контакт с поверхностью раствор-расплава в центре тигля, поиск равновесной температуры и последующее разращивание кристалла при снижении температуры в трехзонной ростовой печи, средняя и нижняя зоны которой состоят из восьми нагревательных элементов, коммутация по времени которых обеспечивает управление конвективными потоками в расплаве, отличающийся тем, что разращивание кристалла ведут при понижении температуры на нижней зоне относительно средней и верхних зон таким образом, чтобы в конце ростового цикла температурный интервал снижения нижней зоны уменьшился на 5-10% при увеличении в процессе роста времени отключения 1, 8, 4 и 5 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "а", с 6 до 11 секунд и с 30 до 37 секунд соответственно, и при одновременном уменьшении времени отключения 2, 3, 6 и 7 нагревательных элементов средней и нижней зон, расположенных по кристаллографическому направлению "b", с 6 до 1 секунды и с 30 до 23 секунд соответственно.3. A method of growing a lithium triborate crystal, including loading the initial charge into a growth crucible, melting and homogenizing it, bringing the point with the lowest temperature on the surface of the solution-melt to the center of the crucible, introducing an oriented seed crystal into contact with the surface of the solution-melt in the center of the crucible, search for equilibrium temperature and subsequent crystal growth with a decrease in temperature in a three-zone growth furnace, the middle and lower zones of which consist of eight heating elements, switching in time which provides control of convective flows in the melt, characterized in that the crystal growth is carried out at lower temperatures in the lower zone relative to the middle and upper zones so that at the end of the growth cycle the temperature interval for lower zone reduction decreases by 5-10% with an increase in the process of increasing the shutdown time for 1, 8, 4 and 5 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction “a” from 6 to 11 seconds and from 30 to 37 seconds, respectively, and at the same time m reducing the shutdown time of 2, 3, 6 and 7 heating elements of the middle and lower zones located in the crystallographic direction "b", from 6 to 1 second and from 30 to 23 seconds, respectively.
RU2018113983A 2018-04-16 2018-04-16 Method of growing lithium tribolate crystal (options) RU2681641C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113983A RU2681641C1 (en) 2018-04-16 2018-04-16 Method of growing lithium tribolate crystal (options)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113983A RU2681641C1 (en) 2018-04-16 2018-04-16 Method of growing lithium tribolate crystal (options)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2681641C1 true RU2681641C1 (en) 2019-03-11

Family

ID=65805986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018113983A RU2681641C1 (en) 2018-04-16 2018-04-16 Method of growing lithium tribolate crystal (options)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681641C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114214722A (en) * 2021-12-15 2022-03-22 山东重山光电材料股份有限公司 Preparation method of high-quality large-size LBO crystal

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262556C1 (en) * 2004-03-15 2005-10-20 Пыльнева Лада Леонидовна Method of growing large perfect crystals of lithium triborate

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262556C1 (en) * 2004-03-15 2005-10-20 Пыльнева Лада Леонидовна Method of growing large perfect crystals of lithium triborate

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KOKH A et al., Dynamic control over the heat field during LBO crystal growth by High temperature solution method, "Journal of Crystal Growth", 2012, Vol. 360, pp. 158-161. *
KOKH A et al., Growth of high quality large size LBO crystals for high energy second harmonic generation, "Journal of Crystal Growth", 2010, Vol. 312, No 10, pp.1774-1778. *
KOKH A et al., Growth of high quality large size LBO crystals for high energy second harmonic generation, "Journal of Crystal Growth", 2010, Vol. 312, No 10, pp.1774-1778. ZHANGGUI HU et al., Large LBO crystal growth at 2 kg-level, "Journal of Crystal Growth", 2011, Vol. 335, No.1, pp. 133-137. *
ZHANGGUI HU et al., Large LBO crystal growth at 2 kg-level, "Journal of Crystal Growth", 2011, Vol. 335, No.1, pp. 133-137. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114214722A (en) * 2021-12-15 2022-03-22 山东重山光电材料股份有限公司 Preparation method of high-quality large-size LBO crystal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fei et al. Large-aperture YCOB crystal growth for frequency conversion in the high average power laser system
CN109023511A (en) A kind of process of the quick steady temperature of pulling of crystals large scale thermal field
JP2013542169A (en) Sapphire ingot growth equipment
US10626519B2 (en) Lead oxychloride, infrared nonlinear optical crystal, and preparation method thereof
RU2681641C1 (en) Method of growing lithium tribolate crystal (options)
CN103194791B (en) The horizontal orientation district clinkering crystal preparation method of the tabular sapphire monocrystal of large scale
Sankaranarayanan Growth of large size< 1 1 0> benzophenone crystal using uniaxially solution-crystallization method of Sankaranarayanan–Ramasamy (SR)
CN100585028C (en) Inverse-conical dropped bottom type crystal growth apparatus
CN110528068A (en) The seeding methods and its manufacturing method of czochralski silicon monocrystal
JP2010120821A (en) Apparatus and method for growing crystal
Prabhakaran et al. Studies on bulk growth, structural and microstructural characterization of 4-aminobenzophenone single crystal grown from vertical Bridgman technique
Tatartchenko 10 Sapphire Crystal Growth and Applications
US6736893B2 (en) Process for growing calcium fluoride monocrystals
US20110067626A1 (en) Apparatus for the fabrication of periodically poled frequency doubling crystals
Kokh et al. LBO grown crystals habitus modification by the heat field configuration
DAI et al. Growth of High-quality Yb 3-doped Y3Al5O12 Single Crystal Fiber by Laser Heated Pedestal Growth Method
CN209493651U (en) Heater is used in a kind of processing of calcium fluoride mono crystal
CN105063752B (en) Grow the method and device of mecrurous iodide monocrystal
CN1300884A (en) Zone-smelting method by shaped heating piece for growing crystal
JPS6111914B2 (en)
CN109594124A (en) The heating device and grower of crystal growth
CN103757687A (en) New-structure crystal growth container
RU2262556C1 (en) Method of growing large perfect crystals of lithium triborate
Balamurugan et al. Growth of high performance multi-crystalline silicon ingots: Dual power vs. single power controlled DSS
Kokh et al. Nonlinear LBO and BBO crystals for extreme light sources