掺杂镱钙铌镓石榴石晶体及其制备方法与流程

本发明属于光电子材料，涉及一种掺杂镱钙铌镓石榴石晶体及其制备方法，掺杂镱钙铌镓石榴石晶体分子式为yb：ca3nb1.665～1.710ga3.150～3.22o12，简式yb：cngg。

背景技术：

1、掺杂镱钙铌镓石榴石晶体分子式为yb：ca3nb1.665～1.710ga3.150～3.22o12，简式yb：cngg。其特征在于，该晶体属于立方晶体，具有无序晶体结构。它同时兼备了类似于激光玻璃的宽发射带吸收带和常规激光晶体的高热导率两种优势。相比传统的有序激光晶体，cngg由于其特有的无序结构，为三价激活离子提供了许多不同的晶格结构，从而产生了强烈的非均匀加宽和能级分裂，因此该晶体就具有比较宽的吸收光谱和发射光谱，十分适用于获得超短脉冲激光。采用提拉法生长yb：cngg晶体，原料烧结温度1250～1300℃，晶体生长温度1450～1470℃；相均匀性款，生长速度快；容易平界面生长，不存在杂质集中核心和应力集中核心，整个截面能够得到有效利用。

2、yb：cngg晶体属于立方晶系，一方面对称程度高，不易掺杂，用作激光元件发光效率低；另一方面光学上各向同性，不能用作偏振元件。由于生长温度高，熔体中ga2o3挥发较大，组分偏析大，结构缺陷多，结构不完整，晶体质量受到影响。

技术实现思路

1、(一)发明目的

2、本发明的目的是：提供一种掺杂镱钙铌镓石榴石晶体及其制备方法，在具有yb：cngg晶体本身及其生长方法方面的优点的前提下，能够克服背景技术中yb：cngg晶体本身及其生长方面的不足。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提供一种掺杂镱钙铌镓石榴石晶体，其分子式为yb：ca3nb1.665～1.710ga3.150～3.22o12，为石榴石型结构，属于立方晶系，晶格常数晶胞体积为

5、本发明还提供一种掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法，其包括以下步骤：

6、步骤一：按照cao：nb2o5：ga2o3＝3：0.855～0.8325：1.575～1.61的摩尔比过量加入ga2o3，yb2o3掺杂浓度wt％为2.2～3.0％，将碳酸钙、氧化铌、氧化镓混合并烧结，得到钙铌镓多晶料；

7、步骤二：采用提拉法生长钙铌镓石榴石晶体，生长温度为1450～1470℃；

8、步骤三：退火。

9、步骤一的原料中，碳酸钙、氧化铌、氧化镓、氧化镱的纯度均为5n，分别在120℃下烘干24h，用以去除原料的水分。

10、步骤一中，烧结时，原料放置混料机充分混合24h，装入三层乳胶袋在液压机上压块成型；置于铂金坩埚中在马弗炉内烧结。

11、步骤一中，烧结工艺过程为：室温→800℃恒温两小时→1250～1300℃恒温15小时→将至500→将至室温。

12、步骤二中，采用提拉法生长掺杂镱钙铌镓石榴石晶体，中频感应加热，发热体为铂金坩埚，将压制成型的掺杂镱钙铌镓多晶料置于铂金坩埚中。

13、步骤二中，炉内抽真空，生长温度为1450℃～1470℃，籽晶方向为＜111＞，提拉速度为1.33～1.58mm/h，转速20～30rpm,籽晶预热，每5分钟下降2mm至液面上方2mm处，执行烤晶、下晶、收细颈、放肩工艺再收肩等径生长。

14、步骤三中，退火过程按降温区间确定退火速率：1470℃～1450℃，8～10℃/h；1450℃～1420℃，10～12℃/h；1420℃～1380℃，16～18℃/h；1380℃～1200℃，22～25℃/h；1200℃～800℃，28～32℃/h；800℃～480℃，38～42℃/h；480℃至室温，48～52℃/h。

15、其中，按照cao：nb2o5：ga2o3＝3：0.84375：1.5937摩尔比过量加入ga2o3，再按照浓度wt％为2.4％加入氧化镱，原料放置混料机充分混合24h，装入三层乳胶袋在液压机上压块成型；置于铂金坩埚中在马弗炉内烧结，得到钙铌镓多晶料；采用提拉法生长掺杂镱钙铌镓石榴石晶体；退火；所生长的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体尺寸为：直径φ30mm，长度为90mm。

16、(三)有益效果

17、本发明的有益效果分析如下：

18、在钙铌镓石榴石(cngg)晶体中，nb3+和ga3+无序地占据同一个八面体格位，导致晶格内离子排列无序，稀土离子yb3+取代ga3+离子后，yb3+周围格位无序，易展宽光谱，nb3+化学计量比在1.710～1.665之间波动，而ga3+在3.150～3.22之间，即cngg石榴石相的组成在ca3nb1.710ga3.150o12与ca3nb1.665ga3.22o12之间波动，同时，在yb:cngg晶体内部的电荷匹配不平衡，导致易有空位出现；另一方面，yb3+掺杂浓度较高，晶体晶格无序。在生长方法方面，本发明之yb：cngg晶体生长温度较低，可用铂金或者铱金坩埚在空气中直接生长，简化了长晶步骤；并且熔体温度波动较小，熔体中的ga2o3挥发较少，再加上ga2o3过量加入1～2mol％，yb2o3在晶体头、中、尾部的浓度几乎无变化，生长过程组分偏析小，结构缺陷少，结构完整，晶体质量提高。

技术特征：

1.一种掺杂镱钙铌镓石榴石晶体，其特征在于，分子式为yb：ca3nb1.665～1.710ga3.150～3.22o12，为石榴石型结构，属于立方晶系，晶格常数晶胞体积为

2.一种基于权利要求1所述掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，步骤一的原料中，碳酸钙、氧化铌、氧化镓、氧化镱的纯度均为5n，分别在120℃下烘干24h，用以去除原料的水分。

4.根据权利要求3所述的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，步骤一中，烧结时，原料放置混料机充分混合24h，装入三层乳胶袋在液压机上压块成型；置于铂金坩埚中在马弗炉内烧结。

5.根据权利要求4所述的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，步骤一中，烧结工艺过程为：室温→800℃恒温两小时→1250～1300℃恒温15小时→将至500→将至室温。

6.根据权利要求5所述的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，步骤二中，采用提拉法生长掺杂镱钙铌镓石榴石晶体，中频感应加热，发热体为铂金坩埚，将压制成型的掺杂镱钙铌镓多晶料置于铂金坩埚中。

7.根据权利要求6所述的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，步骤二中，炉内抽真空，生长温度为1450℃～1470℃，籽晶方向为＜111＞，提拉速度为1.33～1.58mm/h，转速20～30rpm,籽晶预热，每5分钟下降2mm至液面上方2mm处，执行烤晶、下晶、收细颈、放肩工艺再收肩等径生长。

8.根据权利要求7所述的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，步骤三中，退火过程按降温区间确定退火速率：1470℃～1450℃，8～10℃/h；1450℃～1420℃，10～12℃/h；1420℃～1380℃，16～18℃/h；1380℃～1200℃，22～25℃/h；1200℃～800℃，28～32℃/h；800℃～480℃，38～42℃/h；480℃至室温，48～52℃/h。

9.根据权利要求1所述的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，按照cao：nb2o5：ga2o3＝3：0.84375：1.5937摩尔比过量加入ga2o3，再按照浓度wt％为2.4％加入氧化镱，原料放置混料机充分混合24h，装入三层乳胶袋在液压机上压块成型；置于铂金坩埚中在马弗炉内烧结，得到钙铌镓多晶料；采用提拉法生长掺杂镱钙铌镓石榴石晶体；退火；所生长的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体尺寸为：直径φ30mm，长度为90mm。

10.一种基于权利要求1-9中任一项所述的掺杂镱钙铌镓石榴石晶体的制备方法在光电子材料技术领域中的应用。

技术总结本发明属于光电子材料技术领域，公开了一种掺杂镱钙铌镓石榴石晶体，其分子式为Yb：Ca3Nb1.665～1.710Ga3.150～3.22O12，为石榴石型结构，属于立方晶系，晶格常数晶胞体积为本发明Yb：CNGG晶体生长温度较低，可用铂金或者铱金坩埚在空气中直接生长，简化了长晶步骤；并且熔体温度波动较小，熔体中的Ga2O3挥发较少，再加上Ga2O3过量加入1～2mol％，Yb2O3在晶体头、中、尾部的浓度几乎无变化，生长过程组分偏析小，结构缺陷少，结构完整，晶体质量提高。技术研发人员：郭春艳,张辉荣,姚德武,梁松林,杨永强,罗辉受保护的技术使用者：西南技术物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18