一種磷灰石型硅酸鋱磁光晶體及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種在可見-近紅外光區具有高透過率、高費爾德常數的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體及其制備方法。該晶體采用熔體提拉法生長，分子式為Tb10-x(SiO4)6O3-1.5x，其中x＝0～2，屬六方晶系，空間群為。該磁光晶體具有優良的磁光效應，其費爾德常數（Verdetconstant）高于目前商品化應用的摻鋱玻璃及鋱鎵石榴石（TGG）晶體。同時，該磁光晶體在400～1500nm波段，除485nm附近有Tb3+離子的特征吸收峰外，其他波段均表現出較高的透過率。特別在可見光波段400～650nm處，該磁光晶體的透過率較TGG晶體有明顯的增大，其作為磁光材料，在該波段將有更好的應用前景。此外，本發明磁光晶體為一致熔融化合物，可采用中頻感應提拉法生長，其生長工藝簡單、周期短，能夠實現大規模低成本的批量生產。
【專利說明】一種磷灰石型硅酸鋱磁光晶體及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于磁光材料和晶體生長【技術領域】，具體涉及一種高透過率高費爾德常數磷灰石型硅酸鋱磁光晶體及其制備方法。
【背景技術】
[0002]磁光晶體是一類重要的光電子功能材料，利用其自身獨特的效應可制作光學隔離器、激光調制器、磁光開關、光纖電流傳感器以及其它光電磁轉換功能的磁光器件，是目前光通訊、光網絡以及信息處理等系統急需的戰略高技術材料。
[0003]在目前商品化應用的主流磁光晶體材料中，摻稀土的石榴石磁光晶體占有重要的地位。如釔鐵石榴石(110及其摻雜的系列晶體和薄膜，該系列晶體法拉第旋轉角較大，在光傳輸工作波段(1300~1500=0)透過率高，以它作為核心材料制成的光隔離器、環行器、光調制器等磁光器件，已廣泛應用于大容量光纖通信系統中。但是，在400~1100=111波段，即可見-近紅外光波段系列晶體的透光性能不理想，其磁光優值隨光源波長藍移而迅速下降。因此，116晶體及其薄膜材料不適合于在可見-近紅外波段的磁光器件上應用。
[0004]摻鋱玻璃及鋱鎵石榴石(1(?)晶體在可見-近紅外光區都具有較高的透過率，但法拉第旋轉角相對較小，所制備器件的尺寸較大，不利于磁光器件的微型化。同時，高質量166晶體的生長技術還沒有突破，生長獲得的晶體`消光比大，成品率較低。另外，1(?晶體合成原料價格昂貴，成本偏高，也影響了其應用的前景。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種磷灰石型娃酸鋪磁光晶體及其制備方法。該磁光晶體在可見-近紅外光區具有高透過率和高費爾德常數，其為一致熔融化合物，可采用中頻感應提拉法生長，生長工藝簡單、周期短，能夠實現大規模低成本的批量生產。
[0006]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
磷灰石型硅酸鋱磁光晶體，其分子式為，其中X = 0~2，屬六方晶系，空間群為#3/3?，莫氏硬度為5111011。
[0007]上述的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體采用熔體提拉法進行單晶生長，其制備方法如下:
1)高純初始原料合成。按合成化學計量比準確稱取藥品純度99.99%、3102純度99.95%),并將所稱取的藥品放入剛玉研缽中研磨均勻、壓片，然后進行高溫燒結，獲得晶體生長所需的初始原料。
[0008]2)單晶生長。采用銥金坩堝作為晶體生長的容器，使其在惰性氣體(如隊、紅等)的氣氛下進行單晶提拉，其生長溫度為1900~20001，生長速度為0.5~2.0^,晶體轉速為7~3017^1^透過單晶提拉爐上的石英觀察窗觀察晶體生長時光圈及生長趨勢的變化情況，并通過歐陸表調節電勢的升降及其變化速率，以控制晶體生長形態。
[0009]3)晶體退火。當晶體生長結束后，將晶體提升并脫尚溶體，調整晶體聞度，使其聞出熔體表面1~然后緩慢退火至室溫，降溫速率為5~601作。即得到磷灰石型硅酸鋱磁光晶體毛坯。
[0010]本發明的顯著優點在于:本發明可獲得高光學質量、較大尺寸、物理性能優良的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體。該磁光晶體具有優良的磁光效應，其費爾德常數的
)高于目前商品化應用的摻鋱玻璃及鋱鎵石榴石(166 )晶體。同時，本發明磁光晶體在400~1500！！！！！波段，除485=0附近有1^+離子的特征吸收峰外，其他波段均表現出較高的透過率。特別在可見光波段400~65011111處，本發明磁光晶體的透過率較晶體有明顯的增大，其作為磁光材料，在該波段將有更好的應用前景。此外，本發明磁光晶體為一致熔融化合物，可采用中頻感應提拉法生長，其生長工藝簡單、周期短，能夠實現大規模低成本的批量生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明磁光晶體IX33 (3101(?的狀0圖譜。
[0012]圖2是本發明磁光晶體的透射光譜圖。
[0013]圖3是本發明檢測用法拉第磁光效應測試系統示意圖。
[0014]附圖標記說明:1激光器；2起偏器；3電磁鐵；4樣品；5檢偏器；6角度旋轉鏡架；7光功率計。
【具體實施方式】
[0015]實施例1:熔體提拉法生長磷灰石型磁光晶體。
[0016]將按1X33(3104)602 化學計量比準確稱量好的丁、07 (99.9990、8102 (99.95%)放入剛玉研缽中混合研磨均勻，壓片`后，置于馬弗爐內于9001進行固相反應12小時。取出后，再研磨、壓片，升溫至14001再次進行固相反應16小時后得到用于晶體生長的初始原料。采用尺寸為060X40皿3的銥金坩堝作為晶體生長的容器，將合成好的多晶粉體原料裝入該容器中，放入單晶提拉爐內，在隊氣氛下進行單晶提拉。生長溫度為19001，生長速度為0.5^/1！，晶體轉速為717111111。生長過程中，透過石英觀察窗觀察晶體生長時光圈及生長趨勢的變化情況，并通過歐陸表調節電勢的升降及其變化速率，以控制晶體生長形態。當生長結束后，將晶體提升并脫離熔體，調整晶體高度，使其高出熔體表面1皿。然后設定降溫程序，緩慢退火至室溫，降溫速率為51作，退火時間為25小時，得到尺寸為26臟X30臟(等徑部分)的高光學質量晶體。
[0017]采用X射線粉末衍射儀對實施例1所制備的IX33(8104) 602晶體粉體進行物相分析，圖1顯示了其乂即圖譜。結果表明所生長晶體為磷灰石相，無其它雜相物質存在。將1139 33(8104) 6^2晶體經定向、切割、拋光后，在？匕池也1^八18/^11？光譜儀上測試了其室溫下400~1500！！！！！的透射光譜，如圖2所示。結果表明，本發明磁光晶體在400~1500！！！！！波段，除485=0附近有1^+離子的特征吸收峰外，其他波段均表現出較高的透過率。特別在可見光波段400~650=0處，本發明磁光晶體的透過率較晶體有明顯的增大。采用消光法在自制的法拉第磁光效應測試系統(圖3)中測試了本發明磁光晶體1139 33(8104) 6^2 的法拉第旋轉角，其費爾德常數⑶ 1181:8111:)為 3521^(1/丁 53211111)?2431-8(1/1.1II (63311111)^761-8(1/1.1II (1064=111)0[0018]實施例2:熔體提拉法生長磷灰石型(31010^磁光晶體。
[0019]將按(3104)4^化學計量比準確稱量好的1\07 ( 99.99%--8102 (99.95%)放入剛玉研缽中混合研磨均勻，壓片后，置于馬弗爐內于9001進行固相反應20小時。取出后，再研磨、壓片，升溫至14001再次進行固相反應24小時后得到用于晶體生長的初始原料。采用尺寸為0 60X40皿3的銥金坩堝作為晶體生長的容器，將合成好的多晶粉體原料裝入該容器中，放入單晶提拉爐內，在％氣氛下進行單晶提拉。生長溫度為20001，生長速度為
2.0^/1！，晶體轉速為3017^111。生長過程中，透過石英觀察窗觀察晶體生長時光圈及生長趨勢的變化情況，并通過歐陸表調節電勢的升降及其變化速率，以控制晶體生長形態。當生長結束后，將晶體提升并脫離熔體，調整晶體高度，使其高出熔體表面然后設定降溫程序，緩慢退火至室溫，降溫速率為601作，退火時間為35小時，得到尺寸為31^(等徑部分)的高光學質量1^(31010“晶體。
[0020]實施例3:熔體提拉法生長磷灰石型1?.(8104)禮5磁光晶體。
[0021]將按1X66(3104)602.5 化學計量比準確稱量好的 1\07 ( 99.99%--8102 (99.95%)放入剛玉研缽中混合研磨均勻，壓片后，置于馬弗爐內于900-(:進行固相反應20小時。取出后，再研磨、壓片，升溫至14001再次進行固相反應24小時后得到用于晶體生長的初始原料。采用尺寸為060X40皿3的銥金坩堝作為晶體生長的容器，將合成好的多晶粉體原料裝入該容器中，放入單晶提拉爐內，在隊氣氛下進行單晶提拉。生長溫度為19501，生長速度為1^/11，晶體轉速為1517111111。生長過程中，透過石英觀察窗觀察晶體生長時光圈及生長趨勢的變化情況，并通過歐陸表調節電勢的升降及其變化速率，以控制晶體生長形態。當生長結束后，將晶體提升并脫離熔體，調整晶體高度，使其高出熔體表面2皿。然后設定降溫程序，緩慢退火至室溫，降溫速率為301作，退火時間為30小時，得到尺寸為25^1111^29^(等徑部分)的高光學質量1X^31010”晶體。
[0022]以上所述僅為本發明的`較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種磷灰石型硅酸鋱磁光晶體，其特征在于:該晶體的分子式為:11^(3104) 603卩，其中1=0-2,屬六方晶系，空間群為~/兩。
2.—種制備如權利要求1所述的磷灰石型娃酸鋪磁光晶體的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)初始原料的合成:按113^^(8104)^.5,化學計量比準確稱取1\07和3102，將它們研磨均勻、壓片，然后進行高溫燒結，獲得晶體生長所需的初始原料； (2)單晶生長:將初始原料裝入晶體生長的坩堝容器中，放入單晶提拉爐內，使其在惰性氣體的氣氛下進行單晶提拉，其生長溫度為1900~20001，生長速度為0.5~2.0^,晶體轉速為7~30170111 ； (3)晶體退火；當晶體生長結束后，將晶體提升，高出熔體表面1~3皿，然后緩慢退火至室溫，降溫速率為5~601 /11,即得到磷灰石型硅酸鋱磁光晶體毛坯。
3.根據權利要求2所述的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體的制備方法，其特征在于:晶體生長所使用的坩堝容器是由高熔點材料制成，高熔點材料是指熔點在20001以上的金屬或合金材料。
4.根據權利要求3所述的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體的制備方法，其特征在于:晶體生長所使用的坩堝容器 是銥金坩堝。
【文檔編號】C30B15/00GK103834998SQ201410120913
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】陳新, 萬琦萍, 張文輝, 陳建中, 郭飛云, 莊乃鋒, 宮仲亮 申請人:福州大學