[發明專利]一種改善釩酸釔晶體內部質量的方法

無效

• 申請號: 201310674244.3
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103668457A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 曾憲林;陳偉;王昌運
• 申請（專利權）人: 福建福晶科技股份有限公司
• 主分類號: C30B29/30
• 分類號: C30B29/30;C30B15/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光電子功能材料領域，特別涉及一種改善釩酸釔晶體內部質量的方法。

技術背景

純釩酸釔（YVO4）晶體是一種優秀的雙折射晶體材料，與傳統的雙折射晶體材料—金紅石、方解石和鈮酸鋰相比，具有雙折射率大、光損傷閾值大、透光性能好、透光波段范圍大、抗潮解、易加工等突出的優點。主要應用于光纖通訊中光隔離器、環形器、光分束器及紅外偏振器中。

摻釹釩酸釔（Nd:?YVO4）是一種性能優良的激光晶體。該晶體具有吸收系數大、吸收帶寬、受激發射截面大、激光閾值低、效率高等特點。與傳統的Nd:YAG晶體相比，Nd:YVO4?更適合于制作高效率、小型化、全固態LD泵浦激光器。

然而要得到高質量、大尺寸的釩酸釔（YVO4，Nd:YVO4）晶體是非常困難的，晶體中存在開裂、多晶、解離、小角晶界、包裹和散射等缺陷。通過采用液相合成技術合成出高純度、配比準確的原料，可在一定程度上減少多晶、包裹和散射缺陷的產生（位民?李敢生等?釩酸釔（Nd3+:YVO4?YVO4）晶體的原料合成??《人工晶體學報》?1998年第27卷第二期?），小角度晶界這種缺陷難于消除。純釩酸釔生長時，熔體在高溫下容易發生分解揮發造成Y/V組分配比偏離，使晶格失配產生位錯，在非穩態溫場下位錯經過遷移和重排形成小角晶界，而摻釹釩酸釔晶體生長時，大尺寸的Nd3+（離子半徑0.0995nm）取代Y3+位置（離子半徑0.0893nm），導致晶格畸變，產生小角度晶界。在晶體生長時摻入釩酸鑭化合物，利用大半徑的La3+離子取代Y3+離子晶格位，通過晶格變形的張力減輕刃型位錯的應變能來抑制小角晶界的形成。（專利申請號：200810071272.5?一種摻釹釩酸鑭釔激光晶體及其制備方法和應用）這種方法確實可以一定程度上減輕小角晶界，但大半徑的La3+離子進入晶格后，造成晶體內應力增大，在生長結束降溫退火和后續器件加工過程中晶體容易開裂。

發明內容

本發明的內容是提供一種有效改善釩酸釔晶體內部質量的方法，不增大晶體的內應力，不改變釩酸釔晶體的激光光學性能。

發明原理：在釩酸釔生長時，添加少量與Y同為鑭系元素的Lu，由于Lu3+離子半徑0.085nm比Y3+離子半徑0.0893nm略小，Lu3+離子進入晶格后填補了Y3+離子缺失產生的空位和間隙，緩和了晶格畸變，減輕了晶格的結構應力，從而減少了小角晶界等缺陷的形成，達到改善釩酸釔晶體的內部光學均勻性的目的，由于Lu3+的4f電子全滿，具有密閉的殼層，具有光學惰性，不會對釩酸釔的激光光學性能產生影響。

采用以下技術方案實現：采用液相合成方法分別制作YVO4，Nd:YVO4及LuVO4高純原料，在釩酸釔(YVO4,Nd:YVO4)晶體生長時，添加少量的LuVO4化合物(添加量?X=0.001~0.2，X=LuVO4/?YVO4,Nd:YVO4摩爾比)，升溫將混合料熔化后，恒溫數小時，選用高質量無缺陷的釩酸釔籽晶接種，采用“縮頸”工藝放肩生長，整個生長過程包括升溫化料、籽晶預熱、接種、升溫縮頸、放肩拉直、生長結束、降溫退火，料全熔后，恒溫數小時使熔體混合均勻，即可得到高質量的釩酸釔單晶，生長方法的生長參數為晶轉速度為5~20rpm，晶體生長速度為0.5~2.0mm/h，退火速率為5~80℃/h。

具體實施方式

實施例1：采用φ90*60mm的銥金坩堝生長純釩酸釔晶體（YVO4）時，LuVO4的添加量X=0.05摩爾比，中頻感應升溫化料，全熔后，恒溫5小時。選用高質量的C軸純釩酸釔籽晶，采用“縮頸”工藝放肩生長，生長速度為0.5~1.5mm/h，晶轉速度為8~20rpm,生長72小時后，提起退火，退火降溫速率為5~60℃/小時，得到尺寸為φ42*36mm的YVO4單晶,晶體重276g，用氦氖激光器和金相顯微鏡檢測晶體內部質量，晶體無散射、包裹和小角度晶界。

實施例2：采用φ70*40mm的銥金坩堝生長0.27%摻釹釩酸釔晶體（0.27%?Nd:YVO4）時，LuVO4的添加量X=0.03摩爾比，升溫化料，全熔后，恒溫4小時。使用無散射、無包裹、無位錯的a軸釩酸釔籽晶接種后，采用“縮頸”工藝放肩生長，生長速度為0.5~2.0mm/h，晶轉速度為8~20rpm,生長20小時后，提起退火，退火降溫速率為10~80℃/小時，得到尺寸為28*34*18mm3的Nd:YVO4單晶,晶體重70g，用氦氖激光器和金相顯微鏡檢測晶體內部質量，晶體無散射、包裹和小角度晶界。