一种掺铁硒化镉激光晶体及其制备方法

本发明涉及激光晶体材料，具体涉及一种掺铁硒化镉激光晶体及其制备方法。

背景技术：

1、掺铁硒化镉(fe2+:cdse)晶体是一种可以通过外层价电子受激跃迁辐射产生中波红外(4.63μm-6.10μm)激光输出的激光晶体材料，由于其具备较宽的吸收光谱和荧光光谱，有利于实现中红外波段的超快激光的输出，在环境监测、激光雷达、生物医疗、红外光谱和定向红外对抗等民用和军事领域具有重要极大的应用前景。

2、目前制备fe2+:cdse激光晶体的方法主要是物理气相传输法(pvt法)，pvt法制备晶体通常需要较长的时间，且尺寸较小，另外cdse在高温下容易分解导致晶体光学质量较差。另外，fe2+掺杂ii-vi族晶体(如znse晶体)中存在fe2+易氧化为fe3+的现象，影响晶体的性能。

技术实现思路

1、为了克服现有技术制备fe2+:cdse激光晶体中存在的技术问题，本发明的目的之一是提供一种掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，该制备方法所需的设备简单、周期短，制得的晶体品质高，能够实现较大尺寸晶体的制备。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、按照fe、se的摩尔比1:(1.05-6)称取铁原料和硒原料，混合得到铁硒原料；或者按照fe、s的摩尔比1:(1.01-6)称取铁原料和硫原料，混合得到铁硫原料；

4、s2、将铁硒原料或铁硫原料放入干净的石英坩埚底部、cdse单晶置于石英坩埚上方，然后将石英坩埚置于石英管中，管内远离石英坩埚的一端填充石英柱，将石英管抽真空后充入氩气并密封，然后水平置于电阻炉中；

5、s3、将电阻炉升温至600-700℃下保温12-24h，生成fese系列化合物或fes系列化合物，随后将电阻炉升温至900-1100℃下保持2-4天，降至室温后制得fe2+:cdse晶体；所述fese系列化合物为含有fe2+的fese系列化合物，所述fes系列化合物为含有fe2+的fes系列化合物；

6、s4、将fe2+:cdse晶体两面抛光后放在石英管中，将石英管抽真空后充入氩气并密封，然后置于电阻炉中升温至900-1100℃下保温1-2天，降至室温后将制得的晶体两面抛光，即得到掺铁硒化镉激光晶体。

7、作为掺铁硒化镉激光晶体的制备方法进一步的改进：

8、优选的，所述铁原料为铁单质，所述硒原料为硒单质，所述硫原料为硫单质。

9、优选的，步骤s1中所述含铁原料的纯度为99.99wt％以上，所述含硒原料和含硫原料的纯度为99.999wt％以上。

10、优选的，所述铁硒原料中fe、se的摩尔比为1:1.5，铁硫原料中fe、s的摩尔比为1:2。

11、优选的，所述电阻炉为可摇晃、单温区的水平管式电阻炉。

12、优选的，步骤s2中将石英管水平置于电阻炉中后，将电阻炉远离石英坩埚的一端向上倾斜2°-10°。

13、优选的，步骤s3中所述电阻炉在合成fese系列化合物或fes系列化合物期间上下振荡5-20min，振荡过程中保持电阻炉炉体中石英柱所在的一端与水平地面的夹角为10-30°。

14、优选的，步骤s2和s4中将石英管抽真空至10-3pa以下，充入0-2.0atm的氩气并密封。

15、优选的，步骤s3和s4中电阻炉的升温速率为50-80℃/h，降温速率为50-80℃/h。

16、本发明的目的之二是提供一种上述任意一项所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法制得的掺铁硒化镉激光晶体。

17、本发明相比现有技术的有益效果在于：

18、1)本发明提供一种设备简单、周期短的制备fe2+:cdse激光晶体的方法，该方法采用常规的电阻炉，扩散前在坩埚内低温合成fese或fes系列化合物作为掺杂源，扩散时，氩气或者适量过量的se/s高温下产生的压力有助于抑制cdse单晶的分解，促进fe2+的扩散，缩短制备周期，同时过量的se可以弥补cdse晶体中的se空位，且fe与s反应后fe只显示二价，克服了现有技术制得的fe2+:cdse激光晶体中fe2+易氧化为fe3+的问题，有助于提高激光晶体质量；扩散后，采用氩气压力辅助退火促进fe2+掺杂深度更深以及更均匀，有助于提升晶体品质，能够实现较大尺寸晶体的制备。本发明通过设计铁硒/铁硫比例以及控制实验过程中温度，最终制得高品质的掺铁硒化镉激光晶体，通过对制得的单晶摇摆曲线(xrc)测试，可以证明晶体的结晶质量好，以及证明fe2+实现成功掺杂，fe2+：cdse激光晶体的成功制备。

技术特征：

1.一种掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，其特征在于，所述铁原料为铁单质，所述硒原料为硒单质，所述硫原料为硫单质。

3.根据权利要求1或2所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述含铁原料的纯度为99.99wt％以上，所述含硒原料和含硫原料的纯度为99.999wt％以上。

4.根据权利要求1或2所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，其特征在于，所述铁硒原料中fe、se的摩尔比为1:1.5，铁硫原料中fe、s的摩尔比为1:2。

5.根据权利要求1所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，其特征在于，所述电阻炉为可摇晃、单温区的水平管式电阻炉。

6.根据权利要求1或5所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤s2中将石英管水平置于电阻炉中后，将电阻炉远离石英坩埚的一端向上倾斜2°-10°。

7.根据权利要求1或5所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述电阻炉在合成fese系列化合物或fes系列化合物期间上下振荡5-20min，振荡过程中保持电阻炉炉体中石英柱所在的一端与水平地面的夹角为10-30°。

8.根据权利要求1所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤s2和s4中将石英管抽真空至10-3pa以下，充入0-2.0atm的氩气并密封。

9.根据权利要求1所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法，其特征在于，步骤s3和s4中电阻炉的升温速率为50-80℃/h，降温速率为50-80℃/h。

10.一种权利要求1-9任意一选所述的掺铁硒化镉激光晶体的制备方法制得的掺铁硒化镉激光晶体。

技术总结本发明属于激光晶体技术领域，旨在提供一种掺铁硒化镉(Fe<supgt;2+</supgt;:CdSe)及其热扩散制备方法。本发明采用常规的电阻炉，扩散前在坩埚内低温合成FeSe/FeS系列化合物作为掺杂源，扩散时，氩气或者适量过量的Se/S压力辅助抑制CdSe单晶的分解及促进Fe<supgt;2+</supgt;的扩散，缩短制备周期，同时过量的Se可以弥补CdSe晶体中的Se空位，且Fe与S反应后Fe只显示二价，有助于提高激光晶体质量；扩散后，采用氩气压力辅助退火促进Fe<supgt;2+</supgt;掺杂深度更深以及更均匀，能够实现较大尺寸晶体的制备。采用本发明方法制备掺铁硒化镉激光晶体，具有设备简单，周期短等优点。解决了现有技术制备Fe<supgt;2+</supgt;:CdSe激光晶体的方法存在的制备周期长、晶体尺寸小、晶体光学质量较差的缺点。技术研发人员：倪友保,胡倩倩,黄昌保,吴海信,王振友,余学舟,刘国晋受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/29