Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12)晶体的坩埚下降法生长及光学性能研究

使用坩埚下降法成功生长出了镱离子掺杂钙铌镓石榴石晶体(Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12))。通过XRD测试分析了晶体的结构,该晶体为立方晶系,晶胞参数a=b=c=12.471。对该晶体进行了拉曼光谱、透过光谱、吸收和发射光谱、荧光寿命等测试,计算了该晶体的吸收截面、发射截面、增益截面等。研究了在空气中退火对该晶体吸收光谱、发射光谱、荧光寿命的影响,退火前在935 nm处吸收截面为1.82×10^(-20)cm^(2),退火后降低为1.40×10^(-20)cm^(2),退火前在1031 nm处的发射截面为0.56×10^(-20)cm^(2),退火后降低为0.40×10^(-20)cm^(2),退火前荧光衰减时间为1.42 ms,退火后为1.32 ms。结果表明,Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12)单晶在空气中退火会对晶体的激光性能造成不利影响。

基于模糊解耦的坩埚下降法晶体生长炉温度控制系统

针对坩埚下降法晶体生长炉温度控制系统存在的非线性、滞后性、多温区耦合性等问题。设计了模糊解耦控制器来对生长炉上、下两个温区的温度进行控制,该控制器能够根据上、下温区的实时温度误差以及温度误差变化率,调节两个温区加热棒的功率。与传统解耦和PID算法相比,该方法具有不依赖被控对象的精确数学模型,计算量小,算法设计简单等特点。通过仿真将该方法分别与传统PID算法和传统解耦PID算法进行比较,仿真结果表明,该方法具有很好的动态性能、解耦能力和鲁棒性,有利于提升晶体生长炉的控温精度和加热效率。

坩埚下降法生长大尺寸Bi_(12)GeO_(20)晶体的宏观缺陷

Bi_(12)GeO_(20)晶体是一种多功能光电材料,在可见光范围内具有高速光折变响应,以及良好的压电、声光、磁光,旋光和电光等性能。目前,提拉法生长Bi_(12)GeO_(20)晶体,存在生长成本高、晶锭形状不规则、生长产率低、晶体光学质量差和有效晶体截面小等问题。本研究率先采用改进的坩埚下降法,在铂金坩埚和空气气氛中生长大尺寸Bi_(12)GeO_(20)晶体。通过各种分析测试方法研究生长获得的Bi_(12)GeO_(20)晶体中宏观缺陷的形态、分布和成分构成,探讨了晶体生长过程中主要宏观缺陷的形成过程和成因。坩埚下降法生长的Bi_(12)GeO_(20)晶体存在两种主要宏观缺陷:枝蔓状和管状包裹体。其中,枝蔓状包裹体与铂金溶蚀后的析晶相关,而管状包裹体与铂金析出、接种界面不稳定性和温度波动有关。本研究提出了消除坩埚下降法生长晶体中宏观缺陷的技术途径,通过降低生长控制温度、缩短高温熔体保持时间和优选籽晶等措施,可重复地生长光学质量良好、55 mm×55 mm×80 mm的大尺寸Bi_(12)GeO_(20)晶体,显著提升晶体的光学透过性能。

热交换坩埚下降法制备大尺寸氟化铈晶体的热场设计与优化

随着CeF_(3)晶体在激光和磁光领域应用的持续发展,大尺寸、高光学质量的CeF_(3)单晶的需求日益急迫,而CeF_(3)熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF_(3)熔体低导热性引发的生长问题,探究其生长过程中炉体结构和工艺参数对温度分布和结晶界面的影响机制,本工作对热交换坩埚下降法(Heat Exchanger-Bridgman method,HEB)生长大尺寸(ϕ80 mm)CeF_(3)晶体中炉体结构与晶体/熔体温度分布关系、不同生长阶段界面的变化规律以及热场结构对生长界面的作用机制开展了数值模拟研究。研究结果表明:当发热体长度与坩埚长度相适应时,更有利于构建合理的温度梯度场,而放肩和等径生长阶段的凹界面问题则可以通过改变隔板形状和加反射屏调节坩埚壁温度分布得到有效解决。本研究成果不仅可以加深对CeF_(3)晶体结晶习性的理解,炉体结构和生长界面的优化思路对坩埚下降法制备其他晶体同样有实际指导意义。

坩埚下降法生长的大尺寸BaF_(2)∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF_(2)∶5%Y(摩尔分数)晶体,并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0~300 mm范围内的Y3+掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经60Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后,样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF_(2)∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF_(2)晶体,经过累积剂量辐照后,BaF_(2)∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。

大尺寸弛豫铁电单晶PIMNT的坩埚下降法生长

PIMNT单晶是近年来最新发现的弛豫铁电晶体材料,该三元固溶体单晶具有比较理想的压电、铁电和介电性能,本文报道了大尺寸PIMNT单晶的熔体坩埚下降法生长的实验研究结果。采用固相合成钙钛矿相多晶料,采用垂直坩埚下降法成功生长出最大直径为3英寸的PIMNT单晶;从所生长单晶原胚的三方相区段切割加工出(001)取向晶片,就(001)晶片的介电、压电及铁电性能进行了测试表征,表明其材料性能能够满足相关超声换能器件制作的实用需求。本论文还着重讨论了PIMNT单晶生长所涉及的系列关键技术问题,如富铅熔体对铂金坩埚的侵蚀、晶体原胚的单晶性表征、晶体生长过程的组分偏析与单晶原胚的性能分布等。

坩埚下降法生长钨酸镉单晶的光学均匀性

采用垂直坩埚下降法生长出大尺寸CdWO4单晶,通过DSC/TG、XRD、电子探针、透射光谱和X射线激发发射光谱对单晶进行了测试表征,分析了单晶生长过程中熔体挥发情况和单晶化学成分变化,研究了所生长单晶的光学均匀性的变化规律.结果表明,CdWO4单晶生长过程存在比较严重的熔体挥发,且熔体中CdO比WO3更加易于挥发;CdWO4单晶的化学组成存在不同程度缺Cd的特征,初期生长晶体的n(Cd)/n(W)比相对高,后期生长晶体的n(Cd)/n(W)比持续减小,相应地单晶在380～550nm区域的光透过率略有降低,X射线激发发光强度有所降低,且发光波长出现略微红移的趋势.通过提高多晶料纯度、减少熔体挥发和氧气氛退火处理,可以改善坩埚下降法生长CdWO4单晶的光学均匀性.

三温区坩埚下降法生长硫镓银晶体

本文通过对硫镓银单晶生长习性的分析研究 ,设计组装了三温区单晶炉 ,采用三温区坩埚下降法生长出了外形完整、无裂纹的AgGaS2 单晶体 ,尺寸达10mm× 2 5mm。实验测定了AgGaS2 晶体的差热分析曲线和红外透射谱 ,以及单晶 { 112 }解理面的X射线衍射谱 ,结果表明生长晶体的质量较高。

坩埚下降法生长钨酸镉晶体的闪烁性能

以高温固相反应合成CdWO4多晶为原料,采用垂直坩埚下降法生长出大尺寸完整CdWO4晶体,就所生长CdWO4晶体进行了闪烁发光性能的测试表征,包括紫外可见透射光谱、光致发光光谱、光致发射衰减时间、X射线激发发射光谱、相对光产额以及γ射线辐照硬度。结果表明,该单晶在可见光区具有良好的光学透过性,其光致发光与X射线激发发射光的峰值波长位于475 nm左右,其光致发射衰减时间为842 ns;以CsI∶Tl晶体为基准样品,测得γ射线激发发光的光产额相当于基准样品的51.5%～57.4%,在γ射线辐照条件下其辐照硬度达107rad。

坩埚下降法生长钨酸镉闪烁单晶的晶体缺陷

采用坩埚下降法生长出大尺寸CdWO4单晶,通过光学显微镜、电子探针观察分析了所获CdWO4单晶的典型晶体缺陷,包括晶体开裂、丝状包裹物和晶体黑化。结果表明,CdWO4单晶存在显著的解理特性,常出现因热应力导致的沿(010)解理面的晶体开裂;当采用富镉多晶料进行单晶生长时,所获单晶棒的下部常出现沿轴向分布的丝状包裹物,电子探针分析证实这种丝状包裹物是熔体内过量CdO沉积所致;在氮气氛中进行高温退火处理,CdWO4单晶还会出现黑化现象。

Zn,Cr∶LiNbO_3单晶的坩埚下降法生长及其荧光光谱

通过选择合适的化学原料(Li2O∶48.6mol%,Nb2O5∶51.4mol%)、控制生长速度(<3mm/h)及固液界面的温度梯度(20～40℃/cm)与温场,用坩埚下降法成功地生长出了Zn、Cr双掺杂初始浓度分别为3mol%、0.1mol%,以及6mol%、0.1mol%的大尺寸铌酸锂晶体.生长的晶体无宏观缺陷,在HeNe激光的照射下,无散射中心.测定了晶体的宽带荧光光谱(700～1200nm)及R带(710～740nm)的精细变温光谱.这些R带的光谱线由Cr离子所取代的Li(Cr3+Li)与Nb(Cr3+Nb)的发光中心以及声子辅助吸收所致.

近化学计量比LiNbO_3晶体的坩埚下降法生长

报道了化学计量比LiNbO3(stoichiometriclithiumniobate ,SLN)晶体的坩埚下降法生长。采用一致融熔成分铌酸锂籽晶 ,以K2 O为助熔剂 ,在自制的坩埚下降炉内生长SLN晶体。最高炉温控制在 13 0 0℃附近 ,固液界面处的纵向温度梯度为 40～ 60℃ /cm ,坩埚下降速率小于5mm/d ,在密闭的铂坩埚中 ,成功地生长出尺寸为2 5mm× 40mm的近化学计量比铌酸锂单晶。测得晶体的Curie温度为 190℃ ,利用有关公式计算出所得晶体的n(Li) /n(Li+Nb)为 0 .495 6,研究了熔体的析晶行为及晶体的宏观缺陷。

坩埚下降法晶体生长中输运过程的数值模拟的研究进展

全面系统地回顾了坩埚下降法晶体生长中输运过程的数值模拟近二十年来的研究进展,并进一步作了简单总结.揭示了国外采用计算技术研究晶体生长工艺过程的发展状况和重视程度.

闪烁单晶钨酸锌的坩埚下降法生长

通过高温固相反应或湿化学法合成ZnWO4多晶料,采用垂直坩埚下降法生长出φ25 mm×60 mm的透明完整钨酸锌单晶。应用X射线粉末衍射分析证实了所制备钨酸锌多晶与单晶的结晶物相,测试了钨酸锌单晶的紫外可见透射光谱、光致发射光谱和X射线激发发射光谱,讨论了此闪烁单晶的氧气氛退火效应。结果表明,该单晶的透射光谱在400-800 nm波长区域呈现典型光学透过性,其吸收截止边位于380 nm左右,在紫外激发光或X射线激发作用下,此单晶具有峰值波长位于470 nm的荧光发射;此单晶经980℃温度下的氧气氛退火处理,其晶体着色有所变浅而光学透过性得以明显改善。

钼酸镉单晶的坩埚下降法生长及其退火效应

以CdO和MoO3粉料为初始试剂,通过高温固相烧结合成CdMoO4多晶料,采用坩埚下降法生长出尺寸达Φ25mm×130mm的透明完整CdMoO4单晶;应用DSC、XRD对所获单晶进行了结晶相和热性能表征,测试了单晶的紫外可见透射光谱、紫外光激发发射光谱及其发光衰减时间。结果表明,CdMoO4单晶具有良好的一致熔融析晶特性,采用坩埚下降法较易于生长出大尺寸单晶;该单晶在吸收截止边375nm以上波长具有良好光学透过性,在300nm紫外光激发作用下,测得该单晶具有525nm左右峰值波长的荧光发射,其发光衰减时间为804~1054ns。该单晶经氧气氛高温处理呈现出明显的退火消色效应,即经1000℃以上温度的氧气氛退火处理,可使晶体的光学透过性得以明显改善,其荧光发射强度显著增强。

CaYO(BO_3)_3晶体坩埚下降法生长

本文首次报道了Ca4 YO(BO3) 3(YCOB)晶体的坩埚下降法生长。在 16 0 0～ 16 50℃炉温下 ,固液界面处的纵向温度梯度为 4 0～ 6 0℃ /cm ,以 0 .2～ 0 .6mm/h的生长速率 ,在近封闭的Pt坩埚中生长出了直径达 2 5mm、长度超过 50mm的完整透明YCOB晶体。介绍了生长工艺和原料制备 ,观察发现晶体中的主要宏观缺陷是包裹体。分析了包裹体生成的原因。

氟化物激光晶体Nd^(3+):LiYF_4的坩埚下降法生长

本文报道了氟化物激光晶体Ｎｄ３＋： ＬｉＹＦ４的坩埚下降法生长工艺．采用经氟化处理的无水氟化物原料，按照 ＬｉＦ： ＹＦ３＝ ５１．５： ４８．５的比例配料，控制炉体温度于 ９２０～９６０℃，晶体生长速度为 ０．４～０．８ ｍｍ／ｈ，通过密闭条件下的坩埚下降法生长出尺寸为 ４２５ｍｍ×８０ｍｍ的完整单晶．

大尺寸氟化物晶体的坩埚下降法生长研究

采用坩埚下降法 ,在自制的真空炉内石墨坩埚中生长了大尺寸LiF、CaF2 和LaF3晶体。生长前 ,在水平电阻炉内对市售的氟化物原料进行了氟化处理 ,合成了稳定的无水氟化物多晶料。通过优化生长参数 ,如适当的炉温分布、合适的晶种以及缓慢的降温速率 ,成功地生长出尺寸分别为110mm× 5 0mm、2 0 0mm× 4 5mm和5 0mm× 5 0mm的LiF、CaF2

氟化物激光晶体Cr∶LiSAF的坩埚下降法生长

报道了氟化物激光晶体Cr∶LiSAF的坩埚下降法生长工艺。采用经氟化处理的无水氟化物原料 ,按照LiF∶SrF2 ∶(AlF3 +CrF3 ) =1∶1∶1的摩尔比配料 ,控制炉体温度于 90 0～940℃ ,晶体生长速度为 0 .4～ 0 .8mm /h ,通过密闭条件下的坩埚下降法生长出大尺寸 ( 2 5mm× 85mm )

钨酸镉单晶的坩埚下降法生长

以高纯CdO,WO3为初始原料,应用高温固相反应合成CdWO4多晶料。采用垂直坩埚下降法生长CdWO4单晶,生长单晶时炉体温度为1 350～1 400℃,固液界面温度梯度为30～40℃/cm,坩埚下降速率为0.5～1.5 mm/h。生长的透明的CdWO4单晶尺寸达φ40 mm×70 mm。用X射线衍射、透射光谱和X射线激发发射光谱等进行了单晶性能的表征。结果表明:CdWO4单晶具有良好的晶格完整性;单晶的吸收边位于325 nm左右,在380～900 nm区域的光透过率达70%左右。CdWO4单晶X射线激发发射光的峰值波长位于470 nm。