专利名称：一种复合功能晶体掺镥四硼酸铝钇钕生长工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于盐溶液冷却法生长晶体的技术领域。
1981年苏联的《技术物理杂志》第7卷21期报道了Nd0.2Y0.8Al3(BO3)4(NYAB)的发现，标志着激光领域中复合功能材料的诞生。之后不久我国也生长出了NYAB晶体(专利申请号86101971)，并且于1986年山东大学首次在激光自倍频复合功能晶体四硼酸铝钇钕上用染料激光器泵浦实现了1.06μm→0.53μm的绿光输出。1988年福建物质结构研究所用小型氙灯泵浦NYAB晶体获得脉冲绿光输出。由于这种复合功能NYAB晶体集激光发射和倍频为一体，不但提高了转换效率，还简化了激光器的组件，因此自1989年以来，日本、美国、中国相继用半导体激光器作为NYAB的泵浦源获得连续绿光输出，实现了NYAB激光器件全固化，从而使NYAB激光器在激光光盘、激光彩色复印、彩色印刷以及激光条型码扫描器等方面展示出良好的前景。然而由于NYAB晶体是NAB晶体和YAB晶体组成的混晶，Nd3+和Y3+离子半径相差较大，使晶体在结构上产生许多缺陷如云层、位错等，造成晶体的光学均匀性不好，使一些晶体激光棒不能起振或激光光束质量较差，严重阻碍了NYAB晶体的广泛应用。
本发明的目的就是为了解决目前NYAB晶体存在的上述缺点。
本发明的主要内容该复合功能晶体掺镥四硼酸铝钇钕生长工艺，用K2M03O10作为助熔剂，Nd2O3、Al2O3、Y2O3、B2O3作为原料，在高温炉进行降温生长，关键是在原料中再掺杂一种Lu2O3原料，所有原料均按生长反应式的化学计量比下料。
该晶体的生长反应式为
其中x取值为0.02-0.15，y取值0.02-0.20，助熔剂占全部重量的75%-85%。
晶体生长首先先将所需原料按反应式化学计量比称量好，并充分研磨，放入铂金坩埚内(2)，电炉丝(1)加热升温至1150℃-1200℃使原料全部熔化，恒温12-24小时使原料充分熔化，然后降温至1050℃-1070℃，用NYAB小晶粒测定溶液(3)的饱和点，测试完毕后将溶液(3)温度升至高于饱和点温度10℃-20℃再将带有NYAB籽晶(4)的旋转石英杆(6)缓慢下入溶液(3)内，籽晶(4)离铂金坩埚(2)底2-4cm，同时将温度快速降至饱和点温度，加上密封盖(5)并开始以2℃-3℃/天速度缓慢降温至800℃-900℃，生长过程结束将晶体提离液面，缓慢降温至室温后即可取出晶体。
本发明是在原来NYAB晶体(专利申请号86101971)工作基础上的继续，它改善了NYAB晶体的性能。由于在原料掺入了Lu2O3，而Lu3+离子具有较小的离子半径且同Y3+离子具有相同的外层电子构型，对具有较大离子半径的Nd3+离子进行“半径折中”，亦即从晶格角度进行“体积补偿”。可以提高晶体内部的光学均匀性，减少晶格畸变。采用本发明的工艺可以生长出恢复区较小的掺镥四硼酸铝钇钕(LNYAB)晶体，透明区最大可达18×18×20mm3，晶体的光学均匀性较NYAB有较大改进可达10-5量级。晶体沿位相匹配方问加工成激光棒后阈值功率小于5mw。同相同尺寸的NYAB晶体棒相比，在相同输入功率条件下，半导体激光器泵浦阈值功率降低1/3。激光光束模式为一绿色园斑。既实现基横模TEMOO输出。本发明工艺简单，易操作有利于NYAB晶体的推广应用。
图1是本发明所用的高温溶液生长炉的剖面图。图中1为电炉丝，2为铂金坩埚，3为溶液，4为NYAB籽晶，5为密封盖，6为旋转石英杆。
本发明具体实施例如下实施例一(按Nd3+/Y3+＝1/8.4，Lu3+/Y3+＝0.6/8.4配料)称取Nd2O32.9克，Lu2O31.1克，Y2O317.5克，Al2O326.4克，B2O360克，K2CO364.3克，M0O3201克，充分研磨然后均匀混合，放入铂金坩埚(2)内，电炉丝(1)加热，升温至1200℃，使原料全部熔化，恒温24小时后降温至1060℃，将装有NYAB籽晶(4)的施转石英杆(6)缓慢放入溶液(3)中并开始转动，加上密封盖(5)，然后以2℃/天的速度进行降温生长，直到900℃。生长结束时将旋转籽晶英杆(6)提至铂金坩埚(2)上方，缓慢降至室温后，即可取出掺镥的NYAB晶体(LNYAB)。生长出的晶体透明区为15×15×17mm3。沿Ⅰ类位相匹配方向加工成激光棒后(3×3×3mm3)，测得半导体激光器泵浦阈值＜6.6mw，最大输出功率32.6mw(输入600mw)，TEMOO横输出。
实施例二(按Nd3+/Y3+＝0.6/8.4，Lu3+/Y3+＝1/8.4配料)称取Nd2O32.0克，Lu2O31.7克，Y2O319.0克，Al2O330.6克，B2O338.2克，K2CO382.3克，M0O3257克，充分研磨然后均匀混合放入铂金坩埚(2)内，电炉丝(1)加热，升温至1200℃，使原料全部熔化，恒温24小时后降温至1060℃，将装有NYAB籽晶(4)旋转石英杆(6)缓慢放入溶液(3)中并开始转动，加上密封盖(5)，然后以3℃/天的速度进行降温生长，直至900℃左右生长结束时，将旋转籽晶石英杆(6)提至铂金坩埚(2)上方缓慢降至室温后，即可取出掺镥的NYAB晶体(LNYAB)，晶体透明区尺寸为18×18×20mm3，沿工类位相匹配加工成3×3×4mm3激光棒，测得半导体激光器泵浦阈值＜5mv，最大输出功率36.4mW(输入600mw)，TEMOO模输出。
实施例三(按Nd3+/Y3+＝0.02/0.96，Lu3+/Y3+＝0.02/0.96配料)分别称取Nd2O30.66克，Lu2O30.78克，Y2O321.26克，Al2O324.6克，B2O360克，K2CO364.3克，M0O3201克，以下步骤同实施例一。
实施例四(按Nd3+/Y3+＝0.15/0.75，LU3+/Y3+＝0.2/0.75配料)分别称取Nd2O33.83克，Lu2O36.03克，Y2O312.84克，Al2O330.6克，B2O338.2克，K2CO382.3克，M0O3257克，以下步骤同实施例二。
权利要求
1.一种复合功能晶体掺镥四硼酸铝钇钕生长工艺，用K2Mo3O10作助熔剂，Nd2O3、Al2O3、Y2O3、B2O3作为原料，在高温炉中进行降温生长，本发明的特征在于，在原料中再掺杂一种Lu2O3原料，所有原料均按晶体生长反应式的化学计量比下料，其中Nd3+和Lu3+的比量应分别控制在Nd3+(x)0.02--0.15Lu3+(y)0.02--0.20
全文摘要
一种复合功能晶体掺镥四硼酸铝钇钕生长工艺，属于盐溶液冷却法生长晶体的技术领域、用KxNd采用本工艺生长出的掺镥NYAB晶体在光学均匀性和激光性能方面均优于NYAB晶体且本工艺简单易于生长。
文档编号C30B11/00GK1070437SQ9210655
公开日1993年3月31日 申请日期1992年6月12日 优先权日1992年6月12日
发明者王璞, 潘恒福, 薛旗, 陆宝生 申请人:山东大学