一种改善钒酸钇晶体内部质量的方法
【专利摘要】本发明公开一种改善钒酸钇晶体内部质量的方法。在YVO4和Nd:YVO4钇晶体生长时，添加少量的钒酸镥（LuVO4）化合物，由于Lu3+离子半径0.085nm比Y3+离子半径0.0893nm略小，Lu3+离子进入晶格后填补Y3+缺失产生的空位和间隙，缓和了晶格畸变，减少了小角晶界的形成，从而改善钒酸钇（Nd3+:YVO4，YVO4）晶体的内部光学均匀性。本方法生长工艺简单，不增加晶体生长成本，易得到内应力小的高质量、大尺寸的Nd3+:YVO4和YVO4晶体。
【专利说明】一种改善钒酸钇晶体内部质量的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电子功能材料领域,特别涉及一种改善钥;酸乾晶体内部质量的方法。技术背景
[0002]纯钒酸钇(YV04 )晶体是一种优秀的双折射晶体材料，与传统的双折射晶体材料一金红石、方解石和铌酸锂相比，具有双折射率大、光损伤阈值大、透光性能好、透光波段范围大、抗潮解、易加工等突出的优点。主要应用于光纤通讯中光隔离器、环形器、光分束器及红外偏振器中。
[0003]掺钕钒酸钇(Nd: YV04)是一种性能优良的激光晶体。该晶体具有吸收系数大、吸收带宽、受激发射截面大、激光阈值低、效率高等特点。与传统的Nd = YAG晶体相比，Nd:YV04更适合于制作高效率、小型化、全固态LD泵浦激光器。
[0004]然而要得到高质量、大尺寸的钒酸钇(YV04，Nd:YV04)晶体是非常困难的，晶体中存在开裂、多晶、解离、小角晶界、包裹和散射等缺陷。通过采用液相合成技术合成出高纯度、配比准确的原料，可在一定程度上减少多晶、包裹和散射缺陷的产生(位民李敢生等钒酸钇(Nd3+:YV04 YV04)晶体的原料合成《人工晶体学报》1998年第27卷第二期)，小角度晶界这种缺陷难于消除。纯钒酸钇生长时，熔体在高温下容易发生分解挥发造成Y/V组分配比偏离，使晶格失配产生位错，在非稳态温场下位错经过迁移和重排形成小角晶界，而掺钕钒酸钇晶体生长时，大尺寸的Nd3+ (离子半径0.0995nm)取代Y3+位置(离子半径
0.0893nm),导致晶格畸变，产生小角度晶界。在晶体生长时掺入钒酸镧化合物，利用大半径的La3+离子取代Y3+离子晶格位，通过晶格变形的张力减轻刃型位错的应变能来抑制小角晶界的形成。(专利申请号:200810071272.5 —种掺钕钒酸镧钇激光晶体及其制备方法和应用)这种方法确实可以一定程度上减轻小角晶界，但大半径的La3+离子进入晶格后，造成晶体内应力增大，在生长结束降温退火和后续器件加工过程中晶体容易开裂。
【发明内容】
[0005]本发明的内容是提供一种有效改善钒酸钇晶体内部质量的方法，不增大晶体的内应力,不改变钒酸钇晶体的激光光学性能。
[0006]发明原理:在钒酸钇生长时，添加少量与Y同为镧系元素的Lu，由于Lu3+离子半径0.085nm比Y3+离子半径0.0893nm略小，Lu3+离子进入晶格后填补了 Y3+离子缺失产生的空位和间隙，缓和了晶格畸变，减轻了晶格的结构应力,从而减少了小角晶界等缺陷的形成，达到改善钒酸钇晶体的内部光学均匀性的目的，由于Lu3+的4f电子全满，具有密闭的壳层，具有光学惰性，不会对钒酸钇的激光光学性能产生影响。
[0007]采用以下技术方案实现:采用液相合成方法分别制作YV04，Nd:YV04及LuV04高纯原料，在钒酸钇(YV04，Nd:YV04)晶体生长时，添加少量的LuV04化合物(添加量X=0.001-0.2，X=LuV04/ YV04, Nd: YV04摩尔比)，升温将混合料熔化后，恒温数小时，选用高质量无缺陷的钒酸钇籽晶接种，采用“缩颈”工艺放肩生长，整个生长过程包括升温化料、籽晶预热、接种、升温缩颈、放肩拉直、生长结束、降温退火，料全熔后，恒温数小时使熔体混合均匀，即可得到高质量的钒酸钇单晶，生长方法的生长参数为晶转速度为5~20rpm，晶体生长速度为0.5^2.0mm/h，退火速率为5~80°C /h。
【具体实施方式】
[0008]实施例1:采用Φ90*60πιπι的铱金坩埚生长纯钒酸钇晶体(YV04)时，LuV04的添加量X=0.05摩尔比，中频感应升温化料，全熔后，恒温5小时。选用高质量的C轴纯钒酸钇籽晶，采用“缩颈”工艺放肩生长，生长速度为0.5^1.5mm/h,晶转速度为8~20rpm，生长72小时后，提起退火，退火降温速率为5飞(TC /小时，得到尺寸为Φ 42*36mm的YV04单晶，晶体重276g，用氦氖激光器和金相显微镜检测晶体内部质量，晶体无散射、包裹和小角度晶界。
[0009]实施例2:采用Φ 70*40mm的铱金坩埚生长0.27%掺钕钒酸钇晶体(0.27%Nd: YV04 )时，LuV04的添加量X=0.03摩尔比，升温化料，全熔后，恒温4小时。使用无散射、无包裹、无位错的a轴钒酸钇籽晶接种后，采用“缩颈”工艺放肩生长，生长速度为0.5^2.0mm/h，晶转速度为8~20rpm，生长20小时后，提起退火，退火降温速率为1(T80°C /小时，得到尺寸为28*34*18mm3的Nd: YV04单晶，晶体重70g，用氦氖激光器和金相显微镜检测晶体内部质量，晶体无散 射、包裹和小角度晶界。
【权利要求】
1.一种改善钒酸钇晶体内部质量的方法，选用高质量无缺陷的钒酸钇籽晶接种，采用“缩颈”工艺放肩生长，整个生长过程包括升温化料、籽晶预热、接种、升温缩颈、放肩拉直、生长结束、降温退火，其特征在于:采用液相合成方法分别制作YV04，Nd: YV04及LuV04原料，在钒酸钇晶体生长时，添加少量的LuV04化合物。
2.根据权利要求1所述的一种改善钒酸钇晶体内部质量的方法，其特征在于:所述LuV04 化合物的添加量 X=0.001~0.2，X=LuV04/ YV04, Nd: YV04 摩尔比。
3.根据权利要求1所述的一种改善钒酸钇晶体内部质量的方法，其特征在于:所述生长方法的生长参数为晶转速度为5~20rpm，晶体生长速度为0.5^2.0mm/h，退火速率为5~80°C /h。
【文档编号】C30B29/30GK103668457SQ201310674244
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】曾宪林, 陈伟, 王昌运 申请人:福建福晶科技股份有限公司