[发明专利]一种大尺寸高抗损伤性掺钬氟化镥钇钡晶体及其制备方法

说明书

一种掺钬氟化镥钇钡晶体的制备方法，包括以下步骤：将BaF₂、LuF₃、YF₃、HoF₃与除氧剂混合、压块后在HF气氛下进行反应，之后排除吸附氧并烧结，再关闭HF气氛并降温，冷却后去除杂质，得到块状晶料；在惰性气氛下，将上述块状晶料粉碎后与除氧剂混合放入坩埚，调整炉管高度使坩埚位于炉腔上部，加热熔化晶料；再使坩埚从上至下依次经高温区、梯度区、过渡区移动至炉腔下部的低温区后，降温后再升温进行晶体原位退火，冷却后得到单晶；剥离坩埚得到晶体后粉碎并重复以上步骤，得到产品。该制备方法能够制备得到大尺寸高抗损伤性掺钬氟化镥钇钡晶体，在长时间高温加热过程中也能保持反应物稳定的物化性质，不会产生晶体生长缺陷，保证了晶体的完整和纯净。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，更具体地说，是涉及一种大尺寸高抗损伤性掺钬氟化镥钇钡晶体及其制备方法。

背景技术

随着中红外3～5μm激光在军事对抗、激光加工等军用、民用领域获得了诸多重要的应用，迫切需要高能量、高质量的激光器件以满足更高的使用需求。在众多类型激光器中，全固态激光器具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、光束质量高等优点，市场需求十分巨大。随着激光行业的快速发展，要求中红外激光晶体必须有较高的光转换效率，宽吸收光谱和高吸收系数；同时基质晶体本身必须具有较高的热导率和较低的热膨胀系数，便于散发激光晶体元件在持续工作过程中从泵浦源吸收的热量，以满足3～5μm中红外固体激光器更高的使用要求；此外，晶体中的溶质均匀性与光学均匀性也是影响激光晶体性能的重要指标，这直接决定了光在晶体内部传输过程中的能量损耗。常见的激光晶体基质材料中，氟化物晶体如CaF₂、BaF₂、SrF₂、LiYF₄、BaY₂F₈等，与氧化物晶体相比具有低的声子能量，相对于含氧酸盐晶体来说，氟化物晶体机械性能优异，这意味着晶体有着较高的热损伤阈值，有利于直接获得中红外激光输出。并且氟化物晶体相对于氧化物晶体的熔点较低，这大大降低了氟化物晶体的制备条件。然而，在现有的氟化物基质中，仅有掺钬氟化钇钡晶体在3-5μm中红外波段获得了有效的激光输出，但是存在两个制约应用的明显问题：第一是晶体易开裂，尺寸小，限制了激光器件只能围绕小尺寸设计；第二是晶体在激光操作中易出现因较高的热损伤特性而导致的低能量输出。

专利CN105463568A公开了一种掺钬氟化钇钡晶体的制备方法，利用缓冷法和坩埚下降法结合的方式制备掺钬的氟化钇钡晶体，通过多晶料配制、无籽晶发育生长，制备了完整单晶体，并通过热处理工艺退火晶体，避免了开裂问题；但是，该技术方案未采用籽晶诱导晶体生长，无法达到晶体定向生长的目的，并且未针对性介绍晶体的生长尺寸及开裂机理。而专利CN102586870A公开了一种掺钬氟化钆钇钡晶体及其生长方法，采用多晶料合成、晶体生长以及退火三个步骤制备了Ho：BaGdYF₈晶体，其中，Ho离子掺杂浓度为20～50％，该晶体用于中红外波段激光晶体元件制备；但是，该技术方案并未针对Ho离子高浓度掺杂而导致的组分偏析和失透现象进行工艺优化，只是交代了在氟化钇钡晶体基础上对晶体成分稍作调整，并完成晶体生长过程，没有明确给出晶体生长结果以证实晶体尺寸及质量；另外，该技术方案所涉及晶体应用于中红外波段，而基质中的Gd离子部分取代Ho：BaY₂F₈晶体中的Y离子，这对于改善新型晶体激光损伤阈值具有重要意义，但该技术方案中并未细致研究组分比例的影响，并且掺入离子半径较大的Gd离子必然会引起晶格发生较大畸变，影响晶体性能。

发明内容