激光浮区法生长TbYO_(3)晶体

随着高功率固态激光器和光纤激光器的发展,对可见光-近红外区域的光学隔离器要求逐渐增加。目前设备原件正趋于小型化发展,工业应用最广泛的铽镓石榴石(TGG)晶体因其较小的Verdet常数,无法满足未来高功率激光器的需要。Tb 2 O_(3)具有较高的Verdet常数,但是高熔点和相变机制使其难以通过常规提拉法进行单晶生长。本研究通过向Tb_(2)O_(3)中掺杂Y_(2)O_(3),研究了不同掺杂浓度下(Tb x Y 1-x)2 O_(3)的晶体生长。在n(Tb)∶n(Y)=1∶1时,通过激光浮区(LFZ)法生长了TbYO_(3)单晶,而纯净的Tb_(2)O_(3)和(Tb 0.3 Y 0.7)_(2)O_(3)单晶无法通过该方法合成。TbYO_(3)晶体具有较高的Verdet常数(445 nm处为529 rad·T^(-1)·m^(-1),880 nm处为116 rad·T^(-1)·m^(-1)),为TGG晶体(445 nm处为350 rad·T^(-1)·m^(-1),880 nm处为49 rad·T^(-1)·m^(-1))的1.51~2.37倍。因此,TbYO_(3)晶体可以有效减少构建光学隔离器的介质长度或降低嵌入光学隔离器所需的磁场强度。此外,TbYO_(3)晶体还具有11 W·m^(-1)·K^(-1)的中等热导率,1.67 GW·cm-2的高激光损伤阈值。这些优点可以使TbYO_(3)晶体成为一种有吸引力的磁光材料。

β-Ga_2O_3单晶浮区法生长及其光学性质

用浮区法生长得到了宽禁带半导体材料β-Ga2O3单晶,对其吸收光谱、荧光光谱进行了分析。解释了禁带部分展宽的原因。并研究了Sn4+和Ti4+的掺杂对其紫外吸收边影响。-βGa2O3单晶的荧光谱不仅观察到了3个特征峰:紫外光(395nm)、蓝光(471nm)、绿光(559nm),还观察到了在277和297nm的紫外光和692nm的红光荧光发射。

浮区法生长Lu_2Si_2O_7:Ce晶体的缺陷、光学和闪烁性能研究

通过浮区法制备得到LPS：0.5%Ce单晶样品,并对其包裹体、开裂、闪烁和光学性能进行了研究,获得了晶体的电子探针谱、透过谱、77~500 K下的紫外激发发射谱、X射线激发发射谱和77~500 K下的衰减时间谱。研究发现晶体中存在解理开裂和热应力开裂,同时存在两种类型的包裹体,分别包含[Si3O9]6-、23[SiO]n阴离子团和过量的SiO2。由于采用空气为生长气氛,样品中部分Ce3＋被氧化为Ce4＋。浮区法LPS：0.5%Ce表现出较高的发光效率,约为32000 ph/MeV。随着温度的升高,样品的紫外激发发射谱逐渐向长波方向移动,发射谱谱线随着温度的升高展宽,导致自吸收的增加。衰减时间的温度转变点位于450 K,表明LPS：Ce闪烁晶体适用于高温环境,是一种性能优异的闪烁晶体。

微重力下静态磁场对浮区法硅单晶生长的影响

考虑晶体生长界面的变形,利用有限体积方法对侧面加热的空间全浮区法硅单晶生长中熔区内的热质传输、流场及晶体生长界面位置和形态特征进行了数值研究。应用不同中等强度的轴向磁场和勾型磁场对硅熔体内的热毛细对流进行抑制。分析了静态磁场不同强度下熔区中的对流模式,研究表明,轴向和勾型磁场均能有效抑制熔体内的对流,并将热毛细对流挤压到自由表面附近。轴向磁场可有效抑制熔体的径向流动,但难以有效抑制轴向对流;勾型磁场则可以达到更好的控制熔体对流的效果。对不同强度下的固液面形态及位置分析发现:轴向磁场下固液面基本和无磁场时的重合,但磁场强度较小时固液面在自由表面边缘处向单晶侧有个凸起;勾型磁场作用下的固液面比较平滑,其中心区域较无磁场时整体向z轴正向偏移。研究结果可对浮区法晶体生长中获得高质量晶体提供帮助。

浮区法生长Tm^(3+):CaYAlO_4晶体的研究

CaYAlO4是一种ABCO4型化合物 (A =Ba、Sr或Ca ,B =Y或稀土元素 ,C =Ga或Al) ,具有K2 NiF4型四方结构 ,可作为一种优良的激光基质材料。近年来 ,向该晶体中掺入不同的稀土离子 ,研究这些掺质晶体的性能已成为一个热点。特别值得注意的是 ,根据文献的报道 ,当掺Tm3 +浓度为lat.%时 ,CaYAlO4多晶样品在 36 0～ 46 0nm处有很强的发射 ,这一现象表明Tm3 +:CaYAlO4晶体有可能产生蓝光和紫光。因此 ,对该晶体的研究具有重要的意义。本文采用光加热浮区法生长了不同掺质浓度的Tm3 +:CaYAlO4晶体。实验表明 ,该晶体的生长受到生长气氛、转速、拉速、籽晶方向及功率控制程序等多种因素的影响 ,很难得到高质量的晶体。本文对这些影响因素分别进行了微观或宏观上的分析 ,找到了该晶体的最佳生长条件。由于该晶体极易沿 [0 0 1 ]方向开裂 ,因而掺Tm3 +量很难提高 ,而本文所生长晶体的最高掺质量达 7at.% ,远大于国外报道的数值 ( 2at.% )。所生长晶体的典型尺寸为 5mm× 5mm×30mm。观察发现 ,在所生长的Tm3 +:CaYAlO4晶体中 ,主要存在 2种缺陷 :包裹体和裂纹。其中 ,包裹体又分为气泡和第二相。本文分析了这些缺陷的产生原因 ,并提出了减少或消除这些缺陷的方法。此外 ,本文还对该晶体进行了化学分析 ,测定了其透过?

浮区法Y_3Fe_5O_(12)晶体生长及其性能

本文报导了用浮区法生长Y_3Fe_5O_(12)(YIG)晶体的生长工艺。分析了用这种方法生长YIG晶体的优点。同时测量了用浮区法生长的YIG晶体的透过率和旋光度分别为68％和220°/mm。

浮区法生长Yb_3Fe_5O_(12)晶体及其磁光特性

用移动熔剂浮区法研究从Yb_2O_3-Fe_2O_3体系中生长Yb_3Fe_5O_(12)的可能性,分析了Yb_3Fe_5O_(12)为唯一固相区域内的大致相关系。找出了合适的助熔剂配比(Yb_2O_3: Fe_2O_3=20:80)及晶体的生长条件。并生长出了Yb_3Fe_5O_(12)单晶。测量了诙晶体的磁光性能,在λ>1.3μm时,其Faraday旋转角θ_F不随波长增加而改变。同时,在Y_3Fe_5O_(12)中掺入Yb可得到θ_F的温度系数为零的晶体。

移动溶液浮区法Nd_2Fe_(14)B单晶生长

由于Nd2Fe14B为异成分熔融化合物,同时Nd极易和氧发生反应使得其单晶制备异常困难。通过研究伪二元相图,针对Nd2Fe14B的自身特点,采用移动溶液浮区法制备了Nd2Fe14B单晶。对单晶制备过程中熔区的温度进行了研究,并对所制备单晶的淬硬熔区以及晶体生长的完整性同样进行了分析。

光学浮区法生长掺锡氧化镓单晶及性能研究

作为垂直结构的Ga N基LED新型衬底材料,β-Ga2O3单晶已经引起了人们的广泛关注。β-Ga2O3单晶的导电性是通过掺杂来实现的,Sn4+掺入是其中一种很好提高β-Ga2O3导电性的方法。利用光学浮区法生长了尺寸为5×20 mm2,掺杂浓度为10%的掺锡氧化镓单晶(Sn∶β-Ga2O3),并对Sn∶β-Ga2O3单晶的缺陷密度、导电和荧光光谱特性进行了研究。结果表明:实验制得Sn∶β-Ga2O3样品的线缺陷约为6.51×105/cm2,掺入Sn4+杂质后β-Ga2O3的电导率增加,样品的最高电导率为2.210 S/cm,同时Sn4+的掺入会抑制β-Ga2O3的红绿光发射。

光学浮区法生长Si∶β-Ga_2O_3单晶及其光谱研究

采用浮区法生长了质量较好的Si∶β-Ga2O3单晶,直径约为8 mm,长度约为2 cm。进行了X射线粉末衍射和X射线荧光分析,结果表明所得Si∶β-Ga2O3单晶属于单斜晶系,而且Si确实进入了β-Ga2O3格位中;在室温下测试了Si∶β-Ga2O3吸收光谱,吸收截止边约为255 nm,并分析了退火对吸收截止边的影响;测试了荧光发射谱,研究了不同激发波长对其紫外及紫色波段发光的影响。

光浮区法生长高光产额快衰减Ce:GGAG闪烁晶体

闪烁材料作为光学和能量转换材料在高能射线探测和成像领域得到了广泛的应用。多年来,国内外研究学者一直致力于研发高性能的新型闪烁体。其中,(Ce,Gd)_(3)(Ga,Al)_(5)O_(12)(Ce:GGAG)被认为是最有前途的新一代X射线CT探测用候选材料之一[1],在晶体生长、透明陶瓷制备以及组分调控等方面已经开展了大量研究工作[2-4]。Ce:GGAG是Gd_(3)Al_(5)O_(12)(GAG)和Gd_(3)Ga_(5)O_(12)(GGG)的组分间化合物,属于石榴石结构立方晶系。

物理所利用浮区法制备出大尺寸FeSe超导晶体

二元Fe Se超导体是铁基家族中化学组成和晶体结构最简单的,并显示高TC特征（在高压下或单层膜中）。因此,它是研究铁基高温超导机理非常重要的原型（prototype）材料。由于超导的β-Fe Se相本身无固-液相平衡区,导致以前的晶体生长思路基本上被束缚于助溶剂法和气相输运法,因而得到的晶体尺度小。

上海硅酸盐所在浮区法生长Ce∶GGAG闪烁晶体方面取得系列进展

近期,中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员石云等人开展了低Ga含量Ce∶GGAG(Ga/Al比为2/3)的光浮区法(optical floating zone method,OFZ)晶体生长和闪烁性能研究。与传统的提拉法(CZ)法和微下拉法(m-PD)法相比,光浮区法在晶体生长过程不需要坩埚,几乎不会在生长过程中引入杂质,可生长高熔点的晶体。

光学浮区法生长掺铟氧化镓单晶及其性能

采用光学浮区法生长了尺寸f(7~9 mm)×(30~35 mm)的β-Ga_2O_3:In单晶。X射线衍射物相分析表明,β-Ga_2O_3:In单晶仍属于单斜晶系。研究了不同In掺杂量的β-Ga_2O_3:In单晶的吸收光谱和电学性能。结果表明:与纯β-Ga_2O_3单晶相比,β-Ga_2O_3:In单晶在红外波段存在明显吸收。β-Ga_2O_3:In单晶的电导率在10^(–2)量级,Holl载流子浓度可以达到6×10^(19)/cm^2,说明掺杂In^(3+)对β-Ga_2O_3单晶的电学性能有明显改善。

非均匀磁场对空间浮区法晶体生长的影响

通过数值计算表明了在空间浮区法晶体生长中利用非均匀磁场抑制自由面附近流体运动 ,这种局部作用来均匀减弱整体流场的有效性 ,及通过设计一定的磁场位形以达到减弱熔体流动的同时 ,提高杂质浓度沿生长界面分布均匀性的可能性 。

β-Ga_2O_3:Cr单晶体的浮区法生长及光学特性

利用浮区法生长得到β-Ga2O3:Cr单晶体.在室温下测试了β-Ga2O3:Cr单晶体的吸收光谱和发射光谱.通过吸收光谱计算了晶体场分裂系数Dq和Racah系数,得到10Dq/B=23.14,表明Cr3+在β-Ga2O3晶体中处于较弱的晶体场.β-Ga2O3:Cr单晶体经高温退火后Cr3+的发射明显加强,而绿光的发射减弱.采用420nm波长激发,在691nm可得到强而宽的特征发射,此发射对应于Cr3+的4T2→4A2跃迁.

不同高径比下浮区晶体生长熔体内对流不稳定性分析

本文通过数值模拟的方法,研究了零重力条件下半浮区液桥内熔体热毛细对流的演化规律。在液桥的高度L和温差ΔT保持不变的情况下,通过改变液桥的半径R来改变液桥的高径比(Ar=L/R)。随着高径比Ar的变化,液桥内的对流表现出不同的流动特征。在Ar=0.5时,热毛细对流处于三维稳态;在Ar=1时,流场和温度场从稳态模式向非稳态周期多频振荡模式转变,它们之间的频率关系满足倍频关系(f_(n)=nf_(1));在Ar=1.25时,监测点的速度振荡频率增大,表现为较小幅度的振荡模式,且温度振荡消失。

旋转磁场下辐射加热温度对空间浮区对流的影响

采用全浮区模型数值研究旋转磁场作用下不同辐射加热温度时熔区内热毛细对流流动特性。研究发现,B0=1 m T的旋转磁场产生的洛伦兹力不足以控制熔区中的热毛细对流,熔体内流场呈现周期性旋转振荡特征,振荡频率随辐射温度的增加而减小,并与Ma数成线性关系。当Ma数较小时,温度场主要由扩散作用决定,呈二维轴对称分布;随着Ma数的增加,熔体中的温度场受对流影响,亦呈周期性振荡,且振荡主频与对流振荡主频相同。保持旋转磁场的频率不变,适当增加磁场强度,熔体内的三维振荡流将转变为准二维的旋转轴对称流,热毛细对流关于中截面镜面对称。对于Ma=21.8、32.9和43.7的熔体,分别施加2、3和5 m T的旋转磁场,熔体中的温度及速度波动被有效抑制。

浮区Marangoni对流的浓度边界条件

对于浮区热和浓度毛细对流问题,溶化界面处可以有给定浓度或给定浓度通量两类边界条件,它们给出的液桥内浓度分布有很大差异。本文讨论了这两类边界条件所对应的物理过程,以及其物理含意。

Tm∶Ho∶YVO_4激光晶体的浮区生长

Ｔｍ∶Ｈｏ∶ＹＶＯ４激光晶体的浮区生长严秀莉姜彦岛周健飞（中国科学院物理研究所，北京１０００８０）ＧｒｏｗｔｈｏｆＴｍ∶Ｈｏ∶ＹＶＯ４ＬａｓｅｒＳｉｎｇｌｅＣｒｙｓｔａｌｓｂｙＦｌｏｔｉｎｇＺｏｎｅＭｅｔｈｏｄＹａｎＸｉｕｌｉＪｉａｎｇＹａｎｄａｏＺ...