[发明专利]磷酸钇双折射晶体及其生长方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光学器件的生长方法，特别涉及一种用于红外-深紫外波段的磷酸钇(化 学式为YPO₄)双折射晶体及其生长方法和应用。

背景技术

双折射现象是光在非均匀的介质晶体中传播时表现出来的重要特性之一。当一束 光波投射到晶体界面上，一般会产生两束折射光束，这种现象称为双折射。由于晶体材料 各向异性，这两束折射光线的夹角大小与光波的传播方向以及偏振状态有关。两束光中其 中一束遵守折射定律的称为o光(ordinaryray、寻常光)，其折射率用n_o表示，另一束 不遵从折射定律的称为e光(extraordinaryray、非常光)，其折射率用n_e表示，这两 束光都是偏振光。产生双折射现象的晶体分为单轴晶体和双轴晶体，从晶体结构上分析， 称为单轴晶的材料属于三、四及六方晶系，可在其中的一个平面内找到2个或多个结晶学 上等价的方向；另一类称为双轴晶体的材料属于三斜、单斜或斜方晶系，没有2个结晶学 上等价的方向可供选择。晶体的双折射是电光功能材料的重要光学性能参数，双折射晶体 材料用途广泛，主要应用于制作光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器和光学 调制器等光学元件。

随着现代科学技术的发展，对双折射晶体的光学质量有较高的要求，需有足够大 的双折射，优良的光学和物化性能并能实现大批量的晶体生长和器件制备的双折射晶 体。常用的双折射材料主要有方解石晶体、金红石晶体、LiNbO₃晶体、YVO₄晶体、 α-BaB₂O₄晶体以及MgF₂晶体等。然而，这些材料有的主要以天然形式存在，人工合成 比较困难，一般尺寸都比较小，无法满足大尺寸光学偏光元件的要求(如方解石晶体、 金红石晶体)；有的透过范围窄，使用波段无法达到深紫外区(如LiNbO₃晶体、YVO₄晶体)；有的尽管能应用于深紫波段，但双折射率太小(如α-BaB₂O₄晶体，MgF₂晶体)。

本发明提供的磷酸钇(YPO₄)晶体具有良好的机械性质和物理性质，在紫外，可见 及近红外很宽的波段范围内有良好的透光性，较大的双折射率。与其它重要的双折射 晶体相比，YPO₄晶体比方解石晶体硬度高，机械加工性能好，不溶于水，并可人工生 长；YPO₄晶体也比金红石晶体易于生长出大块优质晶体，价格大大低于金红石；与钒 酸钇(YVO₄)比较，透光范围更宽，并且没有因钒元素在高温下变价导致的晶体缺陷；

因此，在许多实用方面磷酸钇可替代以上材料来制作光纤隔离器、环状镜、光来置换 器、分来器、格兰(Glan)偏振镜和其它偏振器件。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种磷酸钇双折射晶体，该晶体该晶体化学式为YPO₄，属四方晶系,空间群I4₁/amd，晶胞参数为Z＝4。

本发明的另一目的在于提供磷酸钇双折射晶体的生长方法，采用高温熔体法生长晶体 或加入助溶剂生长晶体。

本发明的再一目的在于提供磷酸钇双折射晶体的用于红外-深紫外波段，为单轴晶体， 透过范围为150-3300nm；双折射差△n在0.18到0.22之间，且能用于紫外/深紫外波段 150-400nm，及光纤隔离器、环状镜、光来置换器、分来器、格兰偏振镜或其它偏振器件 的用途。

本发明所述的一种磷酸钇双折射晶体，该晶体化学式为YPO₄，属四方晶系,空间群I4₁/amd，晶胞参数为Z＝4。

所述的磷酸钇双折射晶体的制备方法，采用高温熔体法生长晶体或加入助溶剂生长晶 体，所用生长装置为感应加热提拉式生长炉，具体操作步骤按下进行：

a、将含钇和含磷的化合物按钇:磷的摩尔比1:1混合研磨并均匀压块，装入刚玉或 铂金坩埚中，在空气气氛下烧结温度为900℃-1200℃，保温8-24h得到磷酸钇多晶料；