[發明專利]一種大尺寸高抗損傷性摻鈥氟化镥釔鋇晶體及其制備方法

在審

• 申請號: 202310362095.0
• 申請日: 2023-04-06
• 公開（公告）號: CN116334755A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 王新宇;宋術巖;石學明;馮婧;張洪杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B11/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 楊威

一種摻鈥氟化镥釔鋇晶體的制備方法，包括以下步驟：將BaF₂、LuF₃、YF₃、HoF₃與除氧劑混合、壓塊后在HF氣氛下進行反應，之后排除吸附氧并燒結，再關閉HF氣氛并降溫，冷卻后去除雜質，得到塊狀晶料；在惰性氣氛下，將上述塊狀晶料粉碎后與除氧劑混合放入坩堝，調整爐管高度使坩堝位于爐腔上部，加熱熔化晶料；再使坩堝從上至下依次經高溫區、梯度區、過渡區移動至爐腔下部的低溫區后，降溫后再升溫進行晶體原位退火，冷卻后得到單晶；剝離坩堝得到晶體后粉碎并重復以上步驟，得到產品。該制備方法能夠制備得到大尺寸高抗損傷性摻鈥氟化镥釔鋇晶體，在長時間高溫加熱過程中也能保持反應物穩定的物化性質，不會產生晶體生長缺陷，保證了晶體的完整和純凈。

技術領域

本發明涉及光電子技術領域，更具體地說，是涉及一種大尺寸高抗損傷性摻鈥氟化镥釔鋇晶體及其制備方法。

背景技術

隨著中紅外3～5μm激光在軍事對抗、激光加工等軍用、民用領域獲得了諸多重要的應用，迫切需要高能量、高質量的激光器件以滿足更高的使用需求。在眾多類型激光器中，全固態激光器具有體積小、重量輕、效率高、性能穩定、可靠性好、壽命長、光束質量高等優點，市場需求十分巨大。隨著激光行業的快速發展，要求中紅外激光晶體必須有較高的光轉換效率，寬吸收光譜和高吸收系數；同時基質晶體本身必須具有較高的熱導率和較低的熱膨脹系數，便于散發激光晶體元件在持續工作過程中從泵浦源吸收的熱量，以滿足3～5μm中紅外固體激光器更高的使用要求；此外，晶體中的溶質均勻性與光學均勻性也是影響激光晶體性能的重要指標，這直接決定了光在晶體內部傳輸過程中的能量損耗。常見的激光晶體基質材料中，氟化物晶體如CaF₂、BaF₂、SrF₂、LiYF₄、BaY₂F₈等，與氧化物晶體相比具有低的聲子能量，相對于含氧酸鹽晶體來說，氟化物晶體機械性能優異，這意味著晶體有著較高的熱損傷閾值，有利于直接獲得中紅外激光輸出。并且氟化物晶體相對于氧化物晶體的熔點較低，這大大降低了氟化物晶體的制備條件。然而，在現有的氟化物基質中，僅有摻鈥氟化釔鋇晶體在3-5μm中紅外波段獲得了有效的激光輸出，但是存在兩個制約應用的明顯問題：第一是晶體易開裂，尺寸小，限制了激光器件只能圍繞小尺寸設計；第二是晶體在激光操作中易出現因較高的熱損傷特性而導致的低能量輸出。

專利CN105463568A公開了一種摻鈥氟化釔鋇晶體的制備方法，利用緩冷法和坩堝下降法結合的方式制備摻鈥的氟化釔鋇晶體，通過多晶料配制、無籽晶發育生長，制備了完整單晶體，并通過熱處理工藝退火晶體，避免了開裂問題；但是，該技術方案未采用籽晶誘導晶體生長，無法達到晶體定向生長的目的，并且未針對性介紹晶體的生長尺寸及開裂機理。而專利CN102586870A公開了一種摻鈥氟化釓釔鋇晶體及其生長方法，采用多晶料合成、晶體生長以及退火三個步驟制備了Ho：BaGdYF₈晶體，其中，Ho離子摻雜濃度為20～50％，該晶體用于中紅外波段激光晶體元件制備；但是，該技術方案并未針對Ho離子高濃度摻雜而導致的組分偏析和失透現象進行工藝優化，只是交代了在氟化釔鋇晶體基礎上對晶體成分稍作調整，并完成晶體生長過程，沒有明確給出晶體生長結果以證實晶體尺寸及質量；另外，該技術方案所涉及晶體應用于中紅外波段，而基質中的Gd離子部分取代Ho：BaY₂F₈晶體中的Y離子，這對于改善新型晶體激光損傷閾值具有重要意義，但該技術方案中并未細致研究組分比例的影響，并且摻入離子半徑較大的Gd離子必然會引起晶格發生較大畸變，影響晶體性能。

發明內容