專利名稱：摻鐿氟磷酸鈣激光晶體的生長方法
技術領域：
本發明涉及一種摻鐿氟磷酸鈣(YbCa5(PO4)3F，以下簡稱YbFAP)激光晶體的生長方法。
本發明的技術解決方案一種摻鐿氟磷酸鈣激光晶體的生長方法，主要是在FAP晶體生長配方中摻入YbF3以代替上述已有技術中摻入的Yb2O3，以F作為補償離子。由于F-半徑比O2-要小，所以將不會引起大的晶格畸變，從而降低位錯密度，提高晶體的光譜性能。
本發明的原料配方為其中x＝0.5-5％，CaF2則比反應式中的量過量0～5％。
本發明所用的提拉法(Czochralski)生長YbFAP晶體的裝置為普通的中頻感應加熱單晶爐。它包括銥坩堝、真空系統、中頻感應發生器電源和溫控系統等部分。
本發明的工藝流程如下首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機械混合均勻后，在馬弗爐中以1000-1600℃燒結，去除其中的水分和二氧化碳，這是因為水分可以產生寄生吸收，而二氧化碳在高溫下也會游離出O2分壓而破壞晶體的完整性。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，防止其中的CaO吸收水分，用壓料機在20-40kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以減少潮解，升溫熔化準備生長。實驗中采用流動氮氣的方法，流量為150-250ml/min。提拉速度為1-10mm/h，旋轉速度為5-60rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經位錯檢測和光譜測試，結果位錯密度明顯降低，為102-104/cm2，光譜性能也相應提高。
本發明的優點由于在FAP晶體生長配方中摻入YbF3代替現有技術中摻入的Yb2O3，以F-代替O2-作為補償離子。由于F-半徑比O2-要小，所以不會引起大的晶格畸變，從而能降低位錯密度，提高晶體的光譜和激光性能。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶1.0395∶0.01的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機械混合均勻后，在馬弗爐中1000℃燒結，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機在20kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準備生長。實驗中采用流動氮氣的方法，流量為150ml/min。提拉速度為1mm/h，旋轉速度為10rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經位錯檢測和光譜測試，發現位錯密度較低，為102-104/cm2，光譜性能也相應提高。
實施例2用上述的原料配比和工藝流程生長YbFAP晶體，原料配比中取x＝2.5％，CaF2則比反應式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.9975∶0.05的配比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機械混合均勻后，在馬弗爐中1200℃燒結，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機在30kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準備生長。實驗中采用流動氮氣的方法，流量為200ml/min。提拉速度為2mm/h，旋轉速度為15rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經位錯檢測和光譜測試，結果位錯密度明顯降低，為102-104/cm2，光譜性能也相應提高。
實施例3用上述的原料配比和工藝流程生長YbFAP晶體，原料配比中取x＝5％，CaF2則比反應式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.945∶0.1的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機械混合均勻后，在馬弗爐中1600℃燒結，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機在40kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準備生長。實驗中采用流動氮氣的方法，流量為250ml/min。提拉速度為3mm/h，旋轉速度為20rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經位錯檢測和光譜測試，發現位錯密度較低，為102-104/cm2，光譜性能也相應提高。
實施例4用上述的原料配比和工藝流程生長YbFAP晶體，原料配比中取x＝1％，CaF2則比反應式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶1.029∶0.02的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機械混合均勻后，在馬弗爐中1100℃燒結，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機在25kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準備生長。實驗中采用流動氮氣的方法，流量為180ml/min。提拉速度為2mm/h，旋轉速度為14rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經位錯檢測和光譜測試，結果位錯密度明顯降低，為102-104/cm2，光譜性能也相應提高。
實施例5用上述的原料配比和工藝流程生長YbFAP晶體，原料配比中取x＝2％，CaF2則比反應式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶1.008∶0.04的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機械混合均勻后，在馬弗爐中1300℃燒結，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機在30kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準備生長。實驗中采用流動氮氣的方法，流量為220ml/min。提拉速度為3mm/h，旋轉速度為18rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經位錯檢測和光譜測試，結果位錯密度明顯降低，為102-104/cm2，光譜性能也相應提高。
實施例6用上述的原料配比和工藝流程生長YbFAP晶體，原料配比中取x＝3％，CaF2則比反應式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.987∶0.06的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機械混合均勻后，在馬弗爐中1500℃燒結，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機在35kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準備生長。實驗中采用流動氮氣的方法，流量為240ml/min。提拉速度為2mm/h，旋轉速度為12rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經位錯檢測和光譜測試，發現位錯密度較低，為102-104/cm2，光譜性能也相應提高。
實施例7
用上述的原料配比和工藝流程生長YbFAP晶體，原料配比中取x＝4％，CaF2則比反應式中的量過量5％。
將CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高純原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.966∶0.08的克分子比稱量。首先將CaHPO4和CaCO3按上述配比稱重，機械混合均勻后，在馬弗爐中1400℃燒結，去除其中的水分和二氧化碳。冷卻至室溫之后立即稱量CaF2和YbF3，與燒好的原料一同混勻，用壓料機在25kg/cm2的壓力下壓制成餅并迅速裝爐抽真空充氧氣以防潮解，升溫熔化準備生長。實驗中采用流動氮氣的方法，流量為180ml/min。提拉速度為1mm/h，旋轉速度為10rpm。生長晶體后，緩慢降至室溫，取出晶體，Yb3+濃度均勻分布，經位錯檢測和光譜測試，發現位錯密度較低，為102-104/cm2，光譜性能也相應提高。
權利要求
1.一種激光晶體摻鐿氟磷酸鈣(以下簡稱YbFAP)的生長方法，其特征在于包括以下步驟1)按克分子配比稱量下列原料；CaHPO46CaCO33CaF2(1-2x)YbF32x其中x的變化范圍0.5％＜≤x≤5％2)將CaHPO4和CaCO3混合均勻后，在馬弗爐中以1000-1600℃燒結，冷卻至室溫；3)將CaF2和YbF3與2)步燒結的原料一同混勻，然后用壓料機壓制成餅，壓力選擇20Kg/cm2～40Kg/cm24)裝入生長單晶爐，抽真空，充入氮氣5)加熱熔化原料，下籽晶，生長晶體，晶體生長條件充氮氣保護，流量為150～250ml/min提拉速度1～10mm/h旋轉速度5～60rpm6)晶體生長完畢，采用原位退火的方法緩慢降至室溫取出晶體。
2.據權利要求1所述的激光晶體YbFAP的生長方法，其特征在于所述的原料中采用YbF3引入Yb激活離子F-。
全文摘要
一種摻鐿氟磷酸鈣激光晶體的生長方法，主要是采用磷酸氫鈣、碳酸鈣、氟化鈣和氟化鐿為原料按照比例采用兩步合成法制備原料，在流動氮氣和原位退火的條件下生長激光晶體。原料中采用YbF
文檔編號C30B29/14GK1425809SQ0215504
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月20日 優先權日2002年12月20日
發明者趙志偉, 鄧佩珍, 徐軍, 徐曉東, 宋平新 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所