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1、新型非线性光学晶体RCa4O（BO3）3（R=Gd,Y）的生长及性质研究文章编号:10019731(2000)02019402新型非线性光学晶体张树君-_-(R=Gd,Y)的生长及性质研究fefIJ广勇,韩建儒.陈焕矗UI.山东济南250100)摘要:本文首次报导了利用提拉方法,使用铂坩埚在太气气co3,B203,R203按化学计量比配料,先在980灼烧18h使其中氛下生长出太尺寸,高质量的edO&O(BO3)3(GOOB)晶体及的CaCO3绝大部分分解,然后再充分研磨,重新混料并在YCa40(BO3)3(YCOB)晶体通过对几什生长方向的比较,选择1050下灼烧24h.所得样品为具有
2、较强硬度的陶瓷,利用x射出(01O)为最佳生长方向.本文对晶体的生长习性进行了研竞,线粉末衍射法分别测量了第二次灼烧后的陶瓷及生长的单晶,并初步讨论了孪晶界面处枝蔓生长的原因.通过测量晶体的透比较发现通过固相反应,化合物大部分都已生成单晶相的过谱,发现了其透过波段宽,在潭紫外具有较高透过率.晶体具RCOB.通过预合成可以减缓所用原料在高温下的挥发,并有较好的倍颤性能.对5ram长的GOGB晶体进行了倍频研防止生长过程中组份偏离.由于OaO03在合成过程中充分分竞,得到了267%的倍频转换效率.GOO8晶体和YOOB晶体解,可以减少晶体中的气泡包裹物.所得化合物是同成份熔化还可通过掺杂实现自倍颤
3、.化合物,GCOB熔点在1480,而YCOB熔点在1510.关键词:RCa40BO,】3;非线性光学昌体;提拉法生长在制各单晶时.为保证氧化物晶体能在有充足氧气的存在中围分娄粤弋f暑r一一.下进行生长,我们使用了铂金坩埚,在大气气氛下使用高频感应.I古J2加热方法进行提拉生长所用设备是英国CRYSTALOX公司生lf11Z,产的高频感应单晶提拉炉所用坩埚尺寸为直径50mm,高度近年来.蓝绿激光器的应用越来越广泛.而性能优良的非线30ram.一攻性加料lOOg左右,其中近50%的原料可生长出高性光学晶体对蓝绿激光器的发展起到了至关重要的作用.BBO及LBO晶体的发现极大地促进了非线性光学的发展【
4、1_2.BBO,LBO晶体具有较大的非线性系数,宽的透光波段以及高的激光损伤胃值.由于这些优点.它们被广泛应用于不同的非线性光学器件.但是由于采用助溶剂法生长.其生长周期长,难以得到大尺寸高质量的晶体,成品率较低.而且.虽然它们的非线性系数较大.但具有较小的接收角和较大的离散角,所有这些又限制了它的应用.1996年以来,一类新型的晶体RCa40(B)(RCOB)(R:稀土元素)弓f起了人们的广泛关注.此类晶体属单斜双轴晶系.空间群为Om.点群为m.它是非线性光学晶体,能够产生倍频效应.如果掺入Nd,Yb等稀土元素.可以实现自倍频效应.RCOB晶体可利用提拉法进行生长.这大大缩短了晶体的生长周期
5、并且可以较容易获得大尺寸,高质量的单晶.晶体不吸湿,硬度大(硬度稍低于石英),化学稳定性好,易加工,具有小的离散角及大的接收角【3,.使用LD泵浦激发实验表明晶体具有较低的激发阚值】.因此.ROOB晶体是一类非常有应用前景的晶体.研究此类晶体的生长条件,生长习性显得非常重要,有助于我们获得高质量的有实用价值的非线性光学晶体.本文对GCOB,YCOB等晶体的原料合成,生长条件,生长习性等方面进行了研究,生长出了高质量的晶体.测量了该类晶体的透过谱,认为在探紫外区有广泛的应用前景.2实验21昌体生长用固相反应法可制得ROOB化台物.所用原料为4N的Ca.?收稿日期:1998一l102194质量的单
6、品,首选将坩埚温度升至高于化合物熔点5o100,使其充分熔化.然后降至熔点进行据拉生长.生长过程一般先将定好方向的籽品降入熔体中.使其表面稍微有些熔化,然后以较快的速度提拉一段籽晶,再缩颈,放肩,等径.收尾等过程.在放肩过程中一定要注意不要速度太快.要控制好温场及提拉速度,否则容易出现孪晶或缺陷.在收尾时.使温度稍微升高以使晶体缩细,这样得到的晶体不易开裂,晶体提拉速度一般为12mm/h.转速为30:Y)r/mln通过控制合适的提速一转速比,可以获得以平界面生长的大尺寸,高质量的晶体.晶体生长过程结束后,以缓慢的速度使晶体降至室温.一般降温速度为20O/h.22透过谱测量我们使用日立346型分
7、光光度计在室温条件下测量了GCOB晶体及各种掺杂的GOOB,YCOB晶体的透过谱.23倍壤实验我们测量了位相匹配角为<45,45.1.)倍额方向上的GCOB晶体的倍频效率.实验中使用的激光器是美国LCT公司生产的PIANO一000Nd:YAG激光器.输出激光波长为1064rim.输出能量为2000mJ.脉宽度为10ns,重复频率每秒10次.所使用的能量计为美国MOLECTRON公司生产的EPM一1000智能型能量/功率计.3结果和讨论晶体生长是以典型的二雏成核层状生长机制进行的.如图1所示,是晶体解理面(201)处所显露的二维成棱层状生长台阶.我们首先使用Pl丝引晶生长,所得晶体显露(2
8、01)面.然功能材辩2000,31(2)后在所得晶体上切取(加1>方向的晶棒作为籽晶米提拉晶体.提拉过程中.常发现在刚开始放肩时出现(.10)面孪晶,在(201)方向出现解理面.并且生长出的晶体在放肩过程中出现两条明显的对称生长脊,晶体内部易出现云层及包藏图2a为典型的孪晶接台面.由于晶体内部结构对称性的影响,易形成映象对称孪晶.孪晶形成后,孪晶接合面止晶格畸变严重,在此界面上极易吸附杂质离子或熔体母液,使孪晶界面变宽,组份过冷,生长速度比理想速度快得多,从而造成此界面上的树枝状花纹.并且.越到下面,其技蔓生长越明显,产生的结构应力越大在降温过程中又产生了较大的热应力.由于结构应力及热应
9、力的影响.生成的挛晶往往与母晶分离开来.(201)方向生长的晶体极易出现宏观缺陷,图2b为晶体解理面所观察到的直线形空心管道缺陷,逸可能是由于晶体晶格本身结构所引起的.强2c为弯曲状管道缺陷,这是由于晶体生长过程中生长条件的不稳定而形成的.图2d为晶体内部出现的包裹体.田22o1)方向的晶体生长缺陷Fig2Defectsofcrys乜Igr<thalcg(2o1>选甩(010)方向籽晶,可生长出无直形和弯形管道的缺陷,无包裹物,透明度高的优质晶体.如图3所示.a为(010)方向生长的透明晶体,b为<2o1方向生长的晶体,内部有云层和宏观缺陷.GCOB及YCOB作为非线性光学晶
10、体,其透光波段较宽.我们测量了GCOB,GCOB:Nd,YCOB:Nd,YCOB:Yb的室温透过谱曲线(如图4).从图中可以看出,GCOB透过范围为3202/0nm.由于晶体中G离子的哑收.其紫外吸收边为320nrn,功毙材料)2000,虬(2)在此范围内可实现频率转换等非线性光学过程.通过实验捌量的对Nd:YAG激光器1.O64Ilm激光发生倍援的位相匹配角,与理论计算值符合得很好.而YcOB晶体的透过谱,其透过范围比GCOB更宽,其紫外吸收边可穆至220nm左右.从而可以看出Y在进行中困3晶体恩片Fig3Ph.to口怕phBofcrystalsFig4TransmissIonsDB啪ofcrystals4结论利用提拉法,使用Pt坩埚在大气气氛下快速生长,可得到大尺寸,高质量的GCOB厦YCOB单晶.通过几种生长方向的比较.认为o10)方向为最佳生长方向.生长出的晶体透明度好,光学质量高.其透过渡段鞍宽.COB在探紫外有较高的透过辜.它们具有较好的倍额性能.并且通过掺杂可实现自倍援.因此此类晶体具有很好的应用前景.Zq6(下转第1蜉页)t95