一种掺杂钒酸铽磁光晶体、生长方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于晶体材料技术领域，具体涉及一种掺杂钒酸铽磁光晶体、生长方法及其应用。
【背景技术】
[0002]磁光晶体是在紫外到红外波段具有磁光效应的重要功能晶体。利用其法拉第效应可以制作磁光隔离器、磁光偏转器、磁光开关、磁光调制器、磁光环形器、磁光延迟器、磁光信息处理系统以及强磁场和高压传输线的光纤电流传感器等。
[0003]目如，商品化应用的主流磁光晶体铺嫁石植石(TGG)晶体，该晶体是由福建福晶科技股份有限公司在2008年研发出来的晶体，主要用于制作法拉第旋光器与隔离器的最佳磁光材料，适用波长为400-1 10nm(不包括470-500nm)。其优点是:TGG单晶具有较大的磁光常数、高热导性、低的光损失和高激光损伤阈值，广泛应用于YAG、掺Ti蓝宝石等多级放大、环型、种子注入激光器中。其缺点是:在高温下，由于其组分具有挥发性，TGG晶体难以长出尚质量的晶体。
[0004]铽铝石榴石(TAG)及其掺杂的系列晶体的费尔德常数约为TGG的1.5倍，同时还具有较高的透过率，是综合性能优异的可见及近红外磁光晶体。但其熔融时为非同成分熔体，不能用提拉法生长，目前还难以获得块状高质量晶体。
[0005]TbVO4晶体作为磁光晶体的应用已被报道过，其适用波长为500-1500nm，晶体在1064nm处法拉第旋转角为TGG晶体的1.45倍，但消光比为28.7dB，比TGG晶体小(彡30dB)，影响了晶体的利用ο
[0006]基于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种掺杂钒酸铽磁光晶体，同时还提供掺杂钒酸铽磁光晶体制备方法、以及利用该晶体制备的光隔离器和光开关的方法及其产品O
[0008]本发明提供了一种掺杂钒酸铽的磁光晶体，其分子式为CaxMyTb1 x yV04，其中:
[0009]M为稀土元素或碱金属元素；
[0010]X 为 0.01 彡 X 彡 0.5 ;
[0011]y 为 O 彡 y 彡 0.5。
[0012]上述晶体中:
[0013]所述稀土元素包括Sc、Y、Lu、Gd、Ca、Ce、Pr、La、Nd、Sm、Er、Pm、Sm、Eu、Dy、Ho、Tm或Yb中的一种或几种；
[0014]所述碱金属元素包括L1、Na、K、Rb或Cs等中的一种或几种；
[0015]所述晶体在1064nm处法拉第旋转角为目前商用化的TGG晶体的1.3-1.5倍。
[0016]所述磁光晶体，优选为Ca。.Jba9VO4，其法拉第旋转角是在1064nm处为TGG晶体的1.4倍；优选为Caa2Ya Jba7VO4,其费尔德常数在1064nm处为_58rad/mT。
[0017]本发明还提供了一种磁光晶体的生长方法，该生长方法为提拉法。
[0018]优选地，所述生长方法包括以下步骤:
[0019](I)按CaxMyTb1 x ^04晶体化学计量比称取原料CaCO 3^Tb4O7, V2O5,掺杂M金属氧化物，将原料混合均匀，装入模具中压块后放入坩祸进行烧结，烧结温度800-1300°C，得到掺杂隹凡酸铺磁光晶体多晶料；
[0020](2)将得到掺杂钒酸铽磁光晶体多晶料放入铱金坩祸中，将铱金坩祸放入单晶炉内，抽真空并充入保护气体，采用中频感应加热方式加热，直至多晶料熔化，使熔体混合均匀；
[0021](3)采用YVO4STbVO4为籽晶，将籽晶下入熔体中，依次经过洗晶、收颈、放肩、等径和收尾阶段；
[0022](4)晶体生长结束后，将晶体提拉以与熔体脱离，并缓慢将温度降低至室温，并取出晶体。
[0023](5)将晶体切割成器件后，放入退火炉中退火。
[0024]上述生产方法中:
[0025]步骤(I)中:
[0026]烧结的时间为2-20小时；
[0027]步骤⑵:
[0028]所述的保护气体为氩气或者氮气。
[0029]步骤(3)中:
[0030]所述籽晶方向为〈100〉、<001>和〈111〉方向；
[0031]晶体生长时控制的工艺参数为:放肩角45-90°，提拉速度0.3-2mm/h、转速12-30转/分钟，降温速率0-20 °C /h ;
[0032]所述步骤⑷中:
[0033]降温的速度为10_80°C /h。
[0034]所述步骤(5)中:
[0035]晶体退火可在空气中、氧化气氛或者还原气氛下进行。
[0036]退火可以有效提高晶体的质量，改善晶体颜色的均匀性。
[0037]本发明还公开了晶体在制备磁光隔离器、磁光晶体器和光开关方面上的应用。
[0038]本发明提供的磁光晶体具有以下有益效果:
[0039]1、本发明制得的掺杂钒酸铽磁光晶体，具有室温下稳定，不分解、不潮解等优点。
[0040]本发明掺杂钒酸铽磁光单晶具有同成分熔融特性，适合用提拉法生长，容易生长出大尺寸晶体。生长周期短，原料成本低，能够实现大规模的批量生产，可以有效降低晶体器件的成本。
[0041]2、本发明掺杂钒酸铽磁光晶体在1064nm处法拉第旋转角为TGG晶体的1.3-1.5倍，与现有的TbVO^体相比，本发明所得晶体更易生长出高品质的晶体，晶体消光比更高(^ 32dB)。利用本发明的磁光晶体制作的磁光隔离器时由于其具有大的费尔德常数，对磁光晶体长度的要求较低，与现有技术相比，具有器件设计更紧凑，隔离器中磁光晶体的使用个数更少，成本更低等优点。
【附图说明】
[0042]图1是制备的Ca。.Jb0.9V04^晶料X射线粉末衍射图谱；
[0043]图2是本发明所述偏振相关型光隔离器示意图，其中1:起偏器；2:法拉第旋转器；3:检偏器，B为附加磁场，L为光路；
[0044]图3是本发明所述偏振无关型光隔离器示意图，图中1:偏振分束器；2:法拉第旋转器；3: λ /2波片；4:偏振分束器，B为附加磁场，L为光路；
[0045]图4是本发明所述光开关示意图，图中1:起偏器；2:法拉第旋转器；3:检偏器，4:电流脉冲发生器；Β为附加磁场，L为光路。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0047]实施例1:CaQ.2Y。.Jba7VO4单晶的制备
[0048](I)称取高纯原料CaCO3、Tb4O7、V2OjP Y2O3,将称量好的原料混合均匀，装入模具中压块后放入坩祸进行烧结，烧结温度1200°C，烧结12小时左右，得到Y和Ca掺杂TbVO4S晶料;
[0049](2)取步骤⑴得到的多晶料650克，将其放入直径为60毫米的铱金坩祸中，再将铱金坩祸放入单晶炉内抽真空，并充入保护性气体氮气，采用中频感应加热方式，升高温度至1740度左右，多晶料熔化，再将温度提高8°C，并恒温十分钟，使熔体混合均匀。
[0050](2)采用〈100〉方向TbVOdt为籽晶，将其缓慢降至熔体上0.5-1.5厘米处附近并停留I分钟，再将籽晶快速降入熔体中1-1.5厘米，并迅速将籽晶从熔体中提出