专利名称：掺镱氟磷酸钙激光晶体的生长方法
技术领域：
本发明涉及一种掺镱氟磷酸钙(YbCa5(PO4)3F，以下简称YbFAP)激光晶体的生长方法。
本发明的技术解决方案一种掺镱氟磷酸钙激光晶体的生长方法，主要是在FAP晶体生长配方中掺入YbF3以代替上述已有技术中掺入的Yb2O3，以F作为补偿离子。由于F-半径比O2-要小，所以将不会引起大的晶格畸变，从而降低位错密度，提高晶体的光谱性能。
本发明的原料配方为其中x＝0.5-5％，CaF2则比反应式中的量过量0～5％。
本发明所用的提拉法(Czochralski)生长YbFAP晶体的装置为普通的中频感应加热单晶炉。它包括铱坩埚、真空系统、中频感应发生器电源和温控系统等部分。
本发明的工艺流程如下首先将CaHPO4和CaCO3按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1000-1600℃烧结，去除其中的水分和二氧化碳，这是因为水分可以产生寄生吸收，而二氧化碳在高温下也会游离出O2分压而破坏晶体的完整性。冷却至室温之后立即称量CaF2和YbF3，与烧好的原料一同混匀，防止其中的CaO吸收水分，用压料机在20-40kg/cm2的压力下压制成饼并迅速装炉抽真空充氧气以减少潮解，升温熔化准备生长。实验中采用流动氮气的方法，流量为150-250ml/min。提拉速度为1-10mm/h，旋转速度为5-60rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Yb3+浓度均匀分布，经位错检测和光谱测试，结果位错密度明显降低，为102-104/cm2，光谱性能也相应提高。
本发明的优点由于在FAP晶体生长配方中掺入YbF3代替现有技术中掺入的Yb2O3，以F-代替O2-作为补偿离子。由于F-半径比O2-要小，所以不会引起大的晶格畸变，从而能降低位错密度，提高晶体的光谱和激光性能。
将CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高纯原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶1.0395∶0.01的克分子比称量。首先将CaHPO4和CaCO3按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中1000℃烧结，去除其中的水分和二氧化碳。冷却至室温之后立即称量CaF2和YbF3，与烧好的原料一同混匀，用压料机在20kg/cm2的压力下压制成饼并迅速装炉抽真空充氧气以防潮解，升温熔化准备生长。实验中采用流动氮气的方法，流量为150ml/min。提拉速度为1mm/h，旋转速度为10rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Yb3+浓度均匀分布，经位错检测和光谱测试，发现位错密度较低，为102-104/cm2，光谱性能也相应提高。
实施例2用上述的原料配比和工艺流程生长YbFAP晶体，原料配比中取x＝2.5％，CaF2则比反应式中的量过量5％。
将CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高纯原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.9975∶0.05的配比称量。首先将CaHPO4和CaCO3按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中1200℃烧结，去除其中的水分和二氧化碳。冷却至室温之后立即称量CaF2和YbF3，与烧好的原料一同混匀，用压料机在30kg/cm2的压力下压制成饼并迅速装炉抽真空充氧气以防潮解，升温熔化准备生长。实验中采用流动氮气的方法，流量为200ml/min。提拉速度为2mm/h，旋转速度为15rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Yb3+浓度均匀分布，经位错检测和光谱测试，结果位错密度明显降低，为102-104/cm2，光谱性能也相应提高。
实施例3用上述的原料配比和工艺流程生长YbFAP晶体，原料配比中取x＝5％，CaF2则比反应式中的量过量5％。
将CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高纯原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.945∶0.1的克分子比称量。首先将CaHPO4和CaCO3按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中1600℃烧结，去除其中的水分和二氧化碳。冷却至室温之后立即称量CaF2和YbF3，与烧好的原料一同混匀，用压料机在40kg/cm2的压力下压制成饼并迅速装炉抽真空充氧气以防潮解，升温熔化准备生长。实验中采用流动氮气的方法，流量为250ml/min。提拉速度为3mm/h，旋转速度为20rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Yb3+浓度均匀分布，经位错检测和光谱测试，发现位错密度较低，为102-104/cm2，光谱性能也相应提高。
实施例4用上述的原料配比和工艺流程生长YbFAP晶体，原料配比中取x＝1％，CaF2则比反应式中的量过量5％。
将CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高纯原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶1.029∶0.02的克分子比称量。首先将CaHPO4和CaCO3按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中1100℃烧结，去除其中的水分和二氧化碳。冷却至室温之后立即称量CaF2和YbF3，与烧好的原料一同混匀，用压料机在25kg/cm2的压力下压制成饼并迅速装炉抽真空充氧气以防潮解，升温熔化准备生长。实验中采用流动氮气的方法，流量为180ml/min。提拉速度为2mm/h，旋转速度为14rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Yb3+浓度均匀分布，经位错检测和光谱测试，结果位错密度明显降低，为102-104/cm2，光谱性能也相应提高。
实施例5用上述的原料配比和工艺流程生长YbFAP晶体，原料配比中取x＝2％，CaF2则比反应式中的量过量5％。
将CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高纯原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶1.008∶0.04的克分子比称量。首先将CaHPO4和CaCO3按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中1300℃烧结，去除其中的水分和二氧化碳。冷却至室温之后立即称量CaF2和YbF3，与烧好的原料一同混匀，用压料机在30kg/cm2的压力下压制成饼并迅速装炉抽真空充氧气以防潮解，升温熔化准备生长。实验中采用流动氮气的方法，流量为220ml/min。提拉速度为3mm/h，旋转速度为18rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Yb3+浓度均匀分布，经位错检测和光谱测试，结果位错密度明显降低，为102-104/cm2，光谱性能也相应提高。
实施例6用上述的原料配比和工艺流程生长YbFAP晶体，原料配比中取x＝3％，CaF2则比反应式中的量过量5％。
将CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高纯原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.987∶0.06的克分子比称量。首先将CaHPO4和CaCO3按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中1500℃烧结，去除其中的水分和二氧化碳。冷却至室温之后立即称量CaF2和YbF3，与烧好的原料一同混匀，用压料机在35kg/cm2的压力下压制成饼并迅速装炉抽真空充氧气以防潮解，升温熔化准备生长。实验中采用流动氮气的方法，流量为240ml/min。提拉速度为2mm/h，旋转速度为12rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Yb3+浓度均匀分布，经位错检测和光谱测试，发现位错密度较低，为102-104/cm2，光谱性能也相应提高。
实施例7
用上述的原料配比和工艺流程生长YbFAP晶体，原料配比中取x＝4％，CaF2则比反应式中的量过量5％。
将CaHPO4，CaCO3，CaF2和YbF3高纯原料(含量均大于99.9％)按照6∶3∶0.966∶0.08的克分子比称量。首先将CaHPO4和CaCO3按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中1400℃烧结，去除其中的水分和二氧化碳。冷却至室温之后立即称量CaF2和YbF3，与烧好的原料一同混匀，用压料机在25kg/cm2的压力下压制成饼并迅速装炉抽真空充氧气以防潮解，升温熔化准备生长。实验中采用流动氮气的方法，流量为180ml/min。提拉速度为1mm/h，旋转速度为10rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Yb3+浓度均匀分布，经位错检测和光谱测试，发现位错密度较低，为102-104/cm2，光谱性能也相应提高。
权利要求
1.一种激光晶体掺镱氟磷酸钙(以下简称YbFAP)的生长方法，其特征在于包括以下步骤1)按克分子配比称量下列原料；CaHPO46CaCO33CaF2(1-2x)YbF32x其中x的变化范围0.5％＜≤x≤5％2)将CaHPO4和CaCO3混合均匀后，在马弗炉中以1000-1600℃烧结，冷却至室温；3)将CaF2和YbF3与2)步烧结的原料一同混匀，然后用压料机压制成饼，压力选择20Kg/cm2～40Kg/cm24)装入生长单晶炉，抽真空，充入氮气5)加热熔化原料，下籽晶，生长晶体，晶体生长条件充氮气保护，流量为150～250ml/min提拉速度1～10mm/h旋转速度5～60rpm6)晶体生长完毕，采用原位退火的方法缓慢降至室温取出晶体。
2.据权利要求1所述的激光晶体YbFAP的生长方法，其特征在于所述的原料中采用YbF3引入Yb激活离子F-。
全文摘要
一种掺镱氟磷酸钙激光晶体的生长方法，主要是采用磷酸氢钙、碳酸钙、氟化钙和氟化镱为原料按照比例采用两步合成法制备原料，在流动氮气和原位退火的条件下生长激光晶体。原料中采用YbF
文档编号C30B29/14GK1425809SQ0215504
公开日2003年6月25日 申请日期2002年12月20日 优先权日2002年12月20日
发明者赵志伟, 邓佩珍, 徐军, 徐晓东, 宋平新 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所