[發明專利]一種高性能光電功能晶體硼酸鈣氧銩晶體及其生長與應用

有效

• 申請號: 201310359622.9
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN103422172A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 趙顯;于法鵬;王正平;劉彥慶;侯帥;路慶明;程秀鳳
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B15/00;H01S3/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

1.一種硼酸鈣氧銩晶體，化學式為TmCa₄O(BO₃)₃，晶體具有非中心對稱結構，屬于單斜晶系m點群，晶胞參數β=101.12°，熔點1460℃，室溫到熔點沒有相變。

2.根據權利要求1所述的硼酸鈣氧銩晶體，其特征在于，該晶體的結晶學軸（a，b和c）與光學主軸（X、Y和Z）的夾角為（a,Z）=23.2°,(c,X)=12.1°；結晶軸b與光學主軸Y反向，光學主軸X,Y,Z遵循右手螺旋法則。

3.根據權利要求1所述的硼酸鈣氧銩晶體，其特征在于，光譜分析測得該晶體在808nm-1100nm和1300nm-1560nm波段有>80%的高光學透過率。

4.根據權利要求1所述的硼酸鈣氧銩晶體，其特征在于，用d₃₃壓電測試儀測得晶體的有效壓電常數為d_eff=1pC/N-5pC/N。

5.根據權利要求1所述的硼酸鈣氧銩晶體，其特征在于，利用諧振反諧振法測得晶體的有效機電耦合系數為k_eff=10-30%。

6.一種硼酸鈣氧銩晶體的生長方法，包括多晶料的制備和提拉法晶體生長，包括步驟如下：

（1）配料

按照硼酸鈣氧銩的化學式TmCa₄O(BO₃)₃，采用化學計量比稱取原料CaCO₃或CaO、H₃BO₃或B₂O₃、Tm₂O₃或Tm₂(CO₃)₃，再使H₃BO₃或B₂O₃過量1-5%，以硼酸鈣氧銩總質量計；

（2）制備多晶料

將步驟（1）配好的原料充分混合均勻后裝入鉑金坩堝內進行一次燒結，燒結溫度950℃-1080℃并恒溫10-20小時，分解、去除CO₂和H₂O；

降溫,將一次燒結料研磨細化并混合均勻，壓成料塊，放入鉑金坩堝內進行二次燒結，為固相反應階段，燒結溫度為1100℃-1300℃并恒溫10-20小時，得硼酸鈣氧銩多晶料；

（3）多晶料熔化

把步驟（2)得到的硼酸鈣氧銩多晶料放入單晶爐內的銥金坩堝中，爐內抽真空并充入保護氣體氮氣或惰性氣體，用中頻感應加熱方式將多晶料升溫至熔化，多晶料全熔后降溫使其凝結，然后再次升溫使其全部融化，如此反復若干次，使熔體中產生的氣泡排凈；然后將熔體過熱20-50℃，恒溫0.5-3小時，得到熔化均勻的硼酸鈣氧銩熔液；

（4）提拉法晶體生長

將取自YCa₄O(BO₃)₃、GdCa₄O(BO₃)₃、SmCOB、TbCOB或LuCOB同構型晶體的b向籽晶，垂直下降到步驟（3)的硼酸鈣氧銩熔液中，使籽晶的頂端與熔液垂直且剛好接觸為止，開始沿b方向進行單晶生長；

單晶生長工藝條件：溫度1400～1500℃；籽晶收頸時提拉速度1-6mm/小時、放肩時提拉速度降至0.5-2mm/小時，等徑生長提拉速度0.3-0.8mm/小時；晶體生長至預定尺寸時提脫晶體；

提脫晶體后，將晶體在溫場中恒溫30-40min，以10-50℃/小時速率降至室溫，得到硼酸鈣氧銩晶體。

7.如權利要求6所述硼酸鈣氧銩晶體所述硼酸鈣氧銩晶體的生長方法，其特征在于取出硼酸鈣氧銩晶體后，將其放到高溫電阻爐內進行退火，退火溫度為1300℃-1400℃，退火時間為8-15小時，使TmCaO₄(BO₃)₃晶體生長過程中產生的熱應力充分釋放。

8.權利要求1所述TmCa₄O(BO₃)₃晶體作為非線性光學晶體、激光晶體或壓電晶體的應用。