专利名称：掺钕钆镓石榴石激光晶体的生长方法
技术领域：
本发明涉及掺钕钆镓石榴石(Nd3+:Gd3Ga5O12激光晶体，以下简称Nd:GGG，特别是一种掺钕钆镓石榴石激光晶体的生长方法。
背景技术：
高功率固体激光器，对激光晶体有一系列严格的要求大的吸收截面和发射截面、小的Stokes shift、长的荧光寿命、高的热力学性能以及能够生长成大尺寸高光学质量的晶体。高功率固体激光器的面临的主要问题是泵浦过程中的热破坏。即使使用二极管泵浦，也会有很可观的一部分热量被激光介质吸收，从而造成热透镜效应、机械应力及其它效应。
Nd:GGG容易在平坦固液界面下生长，不存在其它杂质和应力中心，整个截面都可有效利用，容易得到应用于高功率激光器的大尺寸板条和板状元件，并且Nd:GGG具有好的力学和化学稳定性、高的热导率、宽的泵浦吸收带、长的荧光寿命，泵浦光的吸收和储能性都较好，可实现连续式或脉冲式激光运转。Nd:GGG已成为高平均功率固体激光器的首选材料之一。
由于Nd:GGG晶体主要应用于高平均功率固体激光器，在工作过程中将会有大功率的能量流，所以如何增加晶体的抗辐照能力是人们研究的重点。
发明内容
本发明要解决的问题的问题在于克服上述现有技术的缺陷，解决因掺入Nd2O3而导致的晶格畸变问题，提供一种制备Nd:GGG激光晶体的方法，减少Nd:GGG晶体的缺陷位错，提高Nd:GGG的抗辐照能力。
本发明生长过程中的反应方程式
本发明的技术解决方案如下一种掺钕钆镓石榴石激光晶体的生长方法，主要是在GGG晶体生长配方中同时掺入Ce2O3，由于Ce3+可以有效的将辐照的高能射线转化为荧光，所以可以有效的提高Nd:GGG的抗辐照能力。
本发明掺钕钆镓石榴石激光晶体的生长方法，其特征在于包括以下步骤①按下列摩尔配比称量下列各原料原料 molGd2O33(1-x-y)Ga2O35.1Nd2O3yCe2O36X其中x的取值范围0.001mol≤X≤0.005mol.
y的取值范围0.005mol≤y≤0.1mol②将上述原料经充分混合后，用液压机压块，在1200℃下烧结12个小时；③装入提拉法单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气，晶体生长的主要参数为提拉速度＝2-5mm/h，旋转速度＝10-15rpm；④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。
本发明所用的提拉法(Czochralski)生长Nd:GGG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。
本发明的技术效果
本方法生长的掺钕钆镓石榴石激光晶体，经测试，Nd3+浓度均匀分布，位错密度明显降低，抗辐照能力得到明显的加强，光谱性能也相应提高。
GGG晶体生长配方中掺入Ce2O3，由于Ce3+可以有效的将辐照的高能射线转化为荧光，所以可以有效的提高Nd:GGG的抗辐照能力，方法简单。
具体实施例方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1用上述的原料配比和工艺流程生长Nd:GGG晶体，原料配比中取x＝0.001，Y＝0.005。首先将Gd2O3，Ga2O3，Nd2O3和CeO2按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中1400℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气，提拉速度2mm/h，旋转速度15rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体。经测试，Nd3+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，抗辐照能力得到有效的提高。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Nd:GGG晶体，原料配比中取x＝0.002，Y＝0.1。首先将Gd2O3，Ga2O3，Nd2O3和CeO2按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1500℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气，提拉速度2.5mm/h，旋转速度14rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Nd3+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，抗辐照能力得到有效的提高。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Nd:GGG晶体，原料配比中取x＝0.003，Y＝0.6。首先将Gd2O3，Ga2O3，Nd2O3和CeO2按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1100℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气，提拉速度3mm/h，旋转速度16rpm，生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体。经测试，Nd3+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，抗辐照能力得到有效的提高。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Nd:GGG晶体，原料配比中取x＝0.005，Y＝0.04。首先将Gd2O3，Ga2O3，Nd2O3和CeO2按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1200℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气，提拉速度2.5mm/h，旋转速度10rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体，Nd3+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，抗辐照能力得到有效的提高。
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Nd:GGG晶体，原料配比中取x＝0.005，Y＝0.003。首先将Gd2O3，Ga2O3，Nd2O3和CeO2按上述配比称重，机械混合均匀后，在马弗炉中以1600℃烧结，装入生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气.提拉速度2.5mm/h，旋转速度16rpm。生长晶体后，缓慢降至室温，取出晶体。经测试Nd3+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，抗辐照能力得到有效的提高。光谱性能也相应提高。
权利要求
1.一种掺钕钆镓石榴石激光晶体的生长方法，其特征在于包括以下步骤①按下列摩尔配比称量下列各原料原料 molGd2O33(1-x-y)Ga2O35.1Nd2O3yCe2O36x其中x的取值范围0.001mol≤X≤0.005mol.y的取值范围0.005mol≤y≤0.1mol②将上述原料经充分混合后，用液压机压块，在1200℃下烧结12个小时；③装入提拉法生长单晶炉，抽真空，充入98％氮气+2％氧气，晶体生长的主要参数为提拉速度＝2-5mm/h，旋转速度＝10-15rpm④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。
全文摘要
一种掺钕钆镓石榴石激光晶体的生长方法，主要是采用氧化钆、氧化镓、氧化钕、氧化铈为原料按照比例采用两步合成法制备原料，在98％氮气+2％氧气条件下用提拉法生长激光晶体，解决了现有的技术中因为掺Nd
文档编号C30B15/00GK1621576SQ200410067129
公开日2005年6月1日 申请日期2004年10月13日 优先权日2004年10月13日
发明者姜本学, 赵志伟, 徐晓东, 宋平新, 徐军, 王晓丹 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所