[发明专利]一种具有倍频效应的硼酸钙氧盐晶体的生长方法

权利要求书

1.一种具有倍频效应的硼酸钙氧盐晶体的生长方法，采用提拉法，包括以下步骤：

1).按照硼酸钙氧盐的化学方程式的化学计量比称取原料；

其中，所述硼酸钙氧盐包括：

硼酸钙氧钇YCa₄O(BO₃)₃；

硼酸钙氧钆GdCa₄O(BO₃)₃；

掺钕Nd³⁺硼酸钙氧钇Nd_xY_1-xCa₄O(BO₃)₃；或

掺钕Nd³⁺硼酸钙氧钆Nd_xGd_1-xCa₄O(BO₃)₃；其中，Nd³⁺掺杂浓度x是0.001-0.25at.；

2).将步骤1)称取原料混合均匀，并装入模具压块后放人铂坩埚，进行烧结，烧结温度1000-1400℃，得到所述硼酸钙氧盐多晶料；

3)把步骤2)得到的硼酸钙氧盐的多晶料放入铱金坩埚中，将装好料的铱金坩埚放入单晶炉内抽真空，并充气入保护气体氮气；采用中频加热的方式，升温到多晶料熔化，之后降温使其凝结，再次升温至硼酸钙氧盐的多晶料融化，并反复至少两次，使气泡全部移除，再过热20-50℃，恒温0.5-3小时，得到融化的硼酸钙氧盐多晶料熔液；

4)将一块用传统方向生长的硼酸钙氧盐晶体，通过X射线衍射工艺找出该硼酸钙氧盐晶体非线性系数最大的方向，并沿最佳位相匹配方向切出的晶体作为籽晶；

5)将步骤4)以最佳位相匹配方向切好的的籽晶放入单晶炉内，且缓慢垂直向下送到步骤3)得到的多晶料熔液中，使籽晶的顶端与硼酸钙氧盐多晶料熔液接触即可；并保持籽晶垂直于硼酸钙氧盐多晶料液面的方向进行生长，是为沿最佳位相匹配方向生长；之后通过收颈、放肩、收尾三个工艺过程；

其中，收颈生长时，提拉速度为2-10mm/小时，当籽晶半径收至1～1.5mm时，开始以0.5-20度/小时缓慢降温；再进行放肩，将提拉速度降至0.5～2mm/小时；当晶体肩部的直径达到20-40mm时，再以0.5-10度/小时的速度升温，进行等径生长；当晶体提拉至20-50毫米时准备提脱晶体，其提脱过程的具体操作如下：

以20-50度/小时缓慢升高温度，待温度升高1-10度，硼酸钙氧盐的晶体底部向内收时，将拉速提高至5-20mm/小时，使晶体与熔液脱离，然后以降温速率为20-50度/小时降至室温，得到沿最佳位相匹配方向生长的硼酸钙氧盐晶体。

2.按权利要求1所述的具有倍频效应的硼酸钙氧盐晶体的生长方法，其特征在于，还包括出炉后的晶体放置到电阻炉中退火，退火温度为900℃-1200℃，退火时间为5-12小时。

3.按权利要求1所述的具有倍频效应的硼酸钙氧盐晶体的生长方法，其特征在于，在进行提拉法进行生长时，需要在保护气氛中加有少量的氧气，其氧气含量为体积比的1-5％。

4.按权利要求1所述的具有倍频效应的硼酸钙氧盐晶体的生长方法，其特征在于，所述的籽晶形状为长方体、圆柱体或者任意形状。

5.按权利要求1所述的具有倍频效应的硼酸钙氧盐晶体的生长方法，其特征在于，在步骤5)的收颈生长中，晶体生长的转速10～30转/分钟。

6.按权利要求1所述的具有倍频效应的硼酸钙氧盐晶体的生长方法，其特征在于，所述的籽晶的切割方向是：

对于Nd:YCOB或YCOB晶体，生长方向为：θ＝113°±5°，φ＝36.5°±5°；或θ＝67°±5°，φ＝143°±5°；

对于Nd:GdCOB或GdCOB晶体，生长方向为：θ＝113°±5°，φ＝47.5°±5°；或θ＝67°±5°，φ＝132.5°±5°。