YAG基质激光晶体生长课件.ppt

YAG基质激光晶体生长PPT讲座内容Nd：YAGNd：YAG晶体生长方法提拉法提拉法优点：（a）在生长过程中，可以方便地观察晶体的生长情况（b）晶体在熔体的自由表面处生长，而不与坩埚相接触，这样能显著减小晶体的应力并防止坩埚壁上的寄生成核（c）可以方便地使用定向籽晶与“缩颈”工艺，得到完整的籽晶和所需取向的晶体。提拉法的最大优点在于能够以较快的速率生长较高质量的晶体缺点：（a）坩埚材料对晶体可能产生污染；（b）熔体的液流作用、传动装置的振动和温度的波动都会对晶体的质量产生影响提拉法生长Nd:YAG图2生长Nd:YAG晶体时熔体的对流情况的比较布里奇曼法生长Nd：YAG垂直布里奇曼法优点：1、与提拉法比较该方法可采用全封闭或半封闭的坩埚，成分容易控制2、由于该法生长的晶体留在坩埚中，因而适于生长大块晶体，也可以一炉同时生长几块晶体3、工艺条件容易掌握，易于实现程序化、自动化缺点：1、不适于生长在结晶时体积增大的晶体，生长的晶体通常有较大的内应力2、在晶体生长过程中也难于直接观察，生长周期比较长水平布里奇曼法水平布里奇曼法特点：（1）开放式的坩埚便于观察晶体的生长情况（2）由于熔体的高度远小于其表面尺寸，有利于去除挥发性杂质，另外还有利于降低对流强度，提高结晶过程的稳定性（3）开放式的熔体表面使在结晶的任意阶段向熔体中添加激活离子成为可能（4）通过多次结晶的方法，可以对原料进行化学提纯导向温度梯度法（TGT）TGT与提拉法相比，有以下特点：(1)晶体生长时温度梯度与重力方向相反，并且坩埚、晶体和发热体都不移动，这就避免了热对流和机械运动产生的熔体涡流。(2)晶体生长以后，由熔体包围，仍处于热区。这样就可以控制它的冷却速度，减少热应力。而热应力是产生晶体裂纹和位错的主要因素。(3)晶体生长时，固—液界面处于熔体包围之中。这样熔体表面的温度扰动和机械扰动在到达固—液界面以前可被熔体减小以致消除。这对生长高质量的晶体起很重要的作用。导向温度梯度法掺钕石榴石熔体有如下特点：熔点高、熔体粘度大、结晶潜热大、激活离子Nd在钇铝石榴石晶体基质中的分凝系数小，容易产生组分过冷。所以无论用电阻加热还是感应加热生长温度场的设计和温度稳定的控制是长出优Nd:YAG晶体的关键。在生长过程中“云层”和“内核”是最容易产生的缺陷云层（Nd析出物的富集层）“云层”的出现是宏观的缺陷，它严重地破坏晶体的完整性、透明度和晶体的尺寸消除方法：1、降低生长速度是目前一个有效办法。降低生长速度使单位时间泄回熔体的Nd3+离子量减少，即减少了固液界面附近Nd3+离子浓度，可达到减小Nd3+离子引起的组分过冷，来消除“云层”2、也有人试验在生长Nd:YAG晶体时同时掺杂三价稀土离子Gd3+或Lu3+，想以尺寸补偿来提高Nd3+离子在钇铝石榴石晶体中的分凝系数，以利于消除“云层”和提高Nd3+离子在钇铝石榴石中的浓度核芯消除方法要避免小晶面的形成，必须变更凝固等温线的形状，使其不与小晶面的平面平行。譬如，过分陡锐的固液界面，可限制小晶面只形成在近晶体中心的极小范围内；或者，索性使等温线成为平坦形，从而产生一个几乎平面的固液体界面，可完全遏止小晶面在温梯法中，由于界面较平，还可以采用[001]方向生长晶体来进一步抑制“核芯”的形成无论温梯法和提拉法均不宜采用[110]方向生长，因为除了{112}小面外，还有{110}小面，其与生长方向的夹角为0°，即无论界面为何形状，都会产生“核芯”。小结谢谢！