TGG晶体偏心生长研究

目前高功率全固态激光器急需使用大尺寸、高质量的铽镓石榴石晶体(Tb3Ga5O12,TGG)。采用提拉法生长(111)方向TGG晶体时,极易发生偏心生长,影响晶体质量与使用效率。针对偏心生长,通过分析TGG晶体组分挥发和熔体特性,解释了其形成机理,并提出了相应的解决方法,最后成功生长出外观完整(44 mm×70mm)的TGG晶体。通过对比圆柱状和螺旋状晶体透过率的不同,进一步解释了偏心生长的原因。     

钆镓石榴石纳米粉体的合成过程研究

研究了工艺条件对氨水-碳酸氢铵共沉淀法合成钆镓石榴石(Gd3Ga5O12,GGG)纳米粉体的微观结构和物相变化的影响,并利用热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)、X线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、红外光谱分析(IR)等测试手段对前驱体及烧成粉体的结构和形貌进行了分析表征。结果表明,采用正滴定方式,在750~800℃下煅烧4h可得到粒度小于100nm纯相GGG粉体(未见任何其他中间相),属于立方晶体结构,其空间群为Ia3d,晶格常数a=1.237 58nm。该粉体具有良好的分散性和烧结活性。     

铌酸镓镧压电晶体生长及性能研究

该文报道了La3Ga5.5Nb0.5O14压电晶体的生长及其压电性能。采用提拉法成功生长了55 mm×150mm的晶体,晶体透明、无包裹体。采用LCR电桥、谐振-反谐振法测量了晶体的相对介电常数和压电应变常数,并研究了头尾之间性能差异性。测试结果表明头尾之间的差异性在3%以内,表明晶体存在良好的性能均匀性。     

La3Ga5.5Ta0. 5O14晶体的生长及性能研究

采用提拉法生长出了直径为φ54 mm的La3Ga5.5Ta0.5O14晶体,晶体透明,无气泡,无包裹体,无条纹.同时对晶体的压电常数、介电常数、透光光谱及其声表面波器件性能进行了测试,并绘制了晶体的极图.实验结果表明La3Ga5.5Ta0.5O14晶体具有优异的压电性能.     

钕离子掺杂硅酸镓钙铌晶体的生长和激光性能研究

Nd³⁺离子由于其独特的能级结构,在近红外激光应用方面受到了广泛关注。硅酸镓钙铌(CNGS)晶体作为硅酸镓镧体系的一员,具有较好的力学性能和热学性能。使用提拉法生长了Nd³⁺掺杂的CNGS晶体,直径为30 mm,等径部分长度为45 mm,并对其折射率、吸收光谱、发射光谱等光学性能进行了表征。使用880 nm泵浦光,沿b向获得了1065 nm的激光输出,泵浦功率为6.69 W时激光输出功率为1.88 W,转换效率为28.1%。     

含钪石榴石Nd:GSGG晶体的原料制备、晶体生长及结构研究

提拉法生长的Nd:GSGG是性能优良的激光晶体,在固体强激光领域有重要的运用前景.采用液相共沉淀法制备了GSGG的前驱物,将前驱物在较低的温度下烧结,获得了GSGG多晶原料,用提拉法生长了无散射、气泡、云层、无开裂的φ2626mm×45 mm的含钪石榴石Nd:GSGG晶体.用X射线衍射对GSGG的共沉淀前驱物在不同烧结温度下的相变情况进行了研究,表明在900℃烧结温度下,GSGG前驱物即可反应形成GSGG多晶,这比固相法合成GSGG料的反应温度低了200℃.同时,用X射线衍射对GSGG多晶、Nd:GSGG单晶的结构进行了研究,采用最小二乘法,以f(θ)=sin θ-sin1-Tθ(T=20)为外推函数,计算了GSGG多晶和Nd:GGG单晶的晶格参数,分别为1.257547 nm、1.256163 nm.它们之间的晶格参数差异可能是由于Ga组分的不同所引起的.     

4英寸锑化铟晶体自动生长控制研究与实现

锑化铟(InSb)晶体是一种中波红外光电子材料,在工程实践领域已得到广泛应用。但锑化铟晶体受温场结构和其固有特性的影响,在生长过程中表现出对温度(功率)变化的敏感性和滞后性相矛盾的特点,导致在生长过程中自动控制较难。该文开展了针对锑化铟晶体对温度(功率)变化滞后性和敏感性的工艺研究与实验,分析了滞后时间与功率改变量之间的关系,通过算法解决了相应的问题,最终实现了4英寸(1英寸=2.54 cm)锑化铟晶体自动化控制生长。     

Nd:GGG晶体折射率和折射率温度系数的测量

利用自准直法,在303～443 K温度范围内,用0.473、0.633、1.064、1.319和1.338 μm等波长测量了Nd3 :Gd3Ga5O12(Nd:GGG)晶体的折射率,得到了上述波长的折射率温度系数和测量温度范围内修正的Sellmeier方程的常数.用色散方程和折射率温度系数表达式,计算了相应温度下在0.473～1.338 μm波段内任意波长的折射率及折射率温度系数.     

Nd:Gd3Ga5O12晶体的生长与拉曼光谱研究

用提拉法成功生长出了Nd:Gd3Ga5O12晶体,并通过激光显微拉曼光谱对其结构进行了研究.使用Ar 激光的325.0和514.5 nm波长激发,区分开了荧光峰与拉曼峰,对出现的荧光峰进行了分析与讨论,将其中的拉曼振动峰与Gd3Ga2(GaO4)3(GGG)晶体四面体、八面体和十二面体的结构相联系,并对其振动模式进行了分类和指认,为将来进一步研究Nd:GGG晶体生长时固液边界层的结构及生长基元在边界层内的变化规律奠定了一定的基础.     

β-Ga_2O_3单晶腐蚀坑形貌研究

详细介绍了(100)、(010)和(■01)三种不同晶面的β-Ga_2O_3单晶腐蚀坑形貌状态及不同形貌的演变过程。所用β-Ga_2O_3单晶样品均为导模法(EFG)制备,且经过研磨、化学机械抛光(CMP),表面质量良好。以质量分数为85%的分析纯H_3PO_4溶液为腐蚀液,腐蚀时间为1.5 h,腐蚀温度为90℃时,(100)、(010)和(■01)晶面腐蚀坑密度分别约为6.9×10~(4 )cm~(-2)、2.3×10~(4 )cm~(-2)和7.7×10~(4 )cm~(-2)。通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察,结果表明(100)面腐蚀坑形状为非对称六边形,(010)面腐蚀坑形貌为菱形,(■01)面腐蚀坑形貌为倾斜的五边形,并确定了(100)面、(010)面、(■01)面的最终腐蚀坑状态,腐蚀坑的不同形状可能与不同晶向β-Ga_2O_3表面状态的耐化学腐蚀差异有关。     

大尺寸TGG晶体生长与性能研究

铽镓石榴石(Tb_3Ga_5O_(12),TGG)晶体具有大的Verdet常数、低的透射损耗、高的热导率及高的激光损伤阈值,是制作高功率全固态激光器中法拉第隔离器的最佳磁光材料。采用自主研发的JGD-800型上称重自动提拉炉,成功生长出φ53mm×80mm,外观完整,无开裂、无螺旋的TGG晶体。加工了用于高功率隔离器、尺寸为φ40mm×30mm的TGG样品,通过可见及近红外分光光度计测试,晶体透过率约为80.6%;测试晶体的室温热导率为4.566 W/(m·K),其热导率随温度升高而下降。热膨胀测试结果表明,在26.5~200℃时,热膨胀系数为-2.682 0×10-6 K~(-1);在200~500℃时,热膨胀系数为15.090 4×10~(-6) K~(-1)。通过正交消光法测试1 064nm波长晶体的Verdet常数为39.9rad/(mT);经ZYGO干涉仪测试晶体的光学均匀性为4.3×10~(-6),透射波前为λ/5(波长λ=632.8nm);采用波长1 064nm,10Hz、9ns激光测试晶体的激光损伤阈值为3.5GW/cm~2。结果表明,本实验方法生长的大尺寸TGG晶体质量较好,在高功率全固态激光器领域中具有广泛的应用前景。     

掺锗直拉硅体单晶的生长

为了控制锗在硅中的分凝和分布的均匀性 ,抑制熔体中因重力场引起的无规律热对流和质量对流 ,文中设计制造了一种新型的环型永磁场直拉炉 ( PMCZ法 ) ,生长了掺锗量 0 .1～ 5 .0 % ( Ge∶Si重量比 )、 65 mm和 5 2 mm的硅锗体单晶 ,拉速一般控制在 0 .2～ 0 .5 mm/分。当磁场强度较高时 ,熔体中由于重力场引起的热对流和质量对流在一定程度上被抑制 ,类似于空间微重力环境生长晶体的条件 ,晶体中锗和氧杂质分布均匀性的问题得到了较好地控制。文中利用扫描电子显微镜 ( SEM)能谱分析和二次离子质谱 ( SIMS)等方法观测了PMCZ法生长的掺锗 Si单晶中锗的分布状况。发现用 PMCZ法生长的锗硅晶体比常规 CZ法生长的晶体杂质均匀性要好些。同时发现 ,由于晶体生长速率很低 ,使得掺锗硅中产生了大量的过饱和氧的微沉淀。这些微沉淀经过 1 2 5 0°C热处理后会溶解消失。在晶体尾部 ,由于锗在硅中的分凝系数小于 1 ,使得锗在熔体中高度富集 ,产生了“组份过冷现象”,出现了枝状结晶生长。     

SiGe合金单晶生长研究

通过改进SiGe单晶生长热场和Ar气流动方式,并采用合适的生长速度,优化调整SiGe单晶生长控制工艺参数,有效控制了SiGe单晶的位错密度.采用直拉(CZ法)在国产TDR-62Si单晶炉上,采用150 mm密闭式热系统,生长出了Ge质量分数为9.79%～12.92%、φ为50～60mm的SiGe单晶.可应用于X射线单色器、探测空间γ射线的透镜及热电器件,还可用作部分光电器件和量子阱器件SiGe同质外延生长的衬底.     

GdCOB晶体的生长及二倍频性质

采用提拉法生长了高光学质量的 Gd Ca4 O(BO3) 3(Gd COB)晶体 ;测量了 Gd COB晶体不同相位匹配方向上的腔内及腔外二倍频转换效率。在 Gd COB晶体的腔内倍频实验中 ,当输入功率为 10 W时 ,空间方向为 (113.2°,4 7.4°)的样品可产生 1.2 2 W波长为 5 32 nm的绿光输出     

大直径高质量锑化铟单晶的生长研究

锑化铟单晶是制备3μm～5μm红外探测器的重要材料.为了适应红外焦平面探测器大规模化发展的趋势,我们开展了高质量3in锑化铟单晶的生长研究.本文解决了大直径锑化铟单晶生长的关键技术,讨论了3in锑化铟单晶生长过程中的多晶原料提纯问题,以及单晶电性能参数控制、位错密度控制和直径控制问题,并采用Czochraski法成功地在国内首次生长出直径为3in的锑化铟单晶.其中,直径大于3in的单晶长度超过100mm,单晶的位错密度小于100cm-2.试验结果表明:相对于其他半导体单晶生长位错密度沿晶棒增大的分布规律,我们得到的锑化铟单晶位错密度沿晶棒从头至尾递减,单晶尾部位错密度可小于50cm-2;同时单晶的电子迁移率、载流子浓度均满足制备高性能大规格红外焦平面探测器的要求.     

优质大尺寸金绿宝石(Cr3+:BeAl2O4)可调谐激光晶体的生长

应用改进工艺的提拉(CZ)法技术,采用合适的化学组分配比和二次化料过程,选用约60℃的固液界面温度梯度与1mm/h生长速度等工艺参量,成功地生长出了Cr3 离子掺杂、无气泡、无云层和核心、长度与厚度约110×25mm的紫翠色Cr3 :BeAl2O4晶体。测定了晶体的吸收光谱,根据获得的吸收光谱与晶体分裂场理论,计算了Cr3 的八面体晶格场参数Dq=1764cm-1以及Racah参数B=608cm-1。晶体样品加工成6(60、80)mm的激光棒,并实现了激光的输出。     

Tb∶YAl3(BO3)4晶体的生长与光谱性质

采用助溶剂法成功地生长了Tb:YAl_3(BO_3)_4晶体。测量了晶体的室温透过谱和荧光光谱。晶体的透光波段较宽,紫外截止吸收边在230nm附近。实验表明,在一定能量光的激发下,晶体在485nm、542nm、590nm、622nm处可产生强弱不同的发射谱峰。在542nm处最强,对应于Tb~(3+)的~5D_4→~7F_5发射。Tb:Al_3(BO_3)_4晶体的比热为0.755 0 J/g·℃     

高质量镁铝尖晶石单晶生长的研究

对制作微波延迟线用镁铝尖晶石单晶生长进行了研究，采用原料配比为ＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３＝１：１（ｍｏｌ），通过化学反应间接合成ＭｇＡｌ２Ｏ４多晶料，使用铱坩埚盛料，选用中频感应加热，在氩气中用提拉法以及合适的温场和最佳工艺参数，生长了出了高质量的镁铝尖晶石单晶，其性能达到微波器件使用要求。