[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有倍频效应的晶体生长方法，特别是涉及一种具有倍频效应的硼酸钙氧钇YCa₄O(BO₃)₃(以下简写：YCOB)或者硼酸钙氧钆GdCa₄O(BO₃)₃，(简写：GdCOB]，以及自倍频效应的钕Nd³⁺掺杂YCOB或GdCOB晶体最佳位相匹配方向的生长方法。

背景技术

倍频作为一种重要的频率转换手段，已经广泛的应用于光存储、激光打印、激光指示、深海探测与通信、军事指挥等关系到国际民生的领域，并在激光显示等领域展示了重要的应用前景。作为一种重要的倍频材料，硼酸钙氧钇YCa₄O(BO₃)₃(以下简写：YCOB)或者硼酸钙氧钆Ca₄O(BO₃)₃，(简写：GdCOB]自其发明以来，就受到了人们的广泛关注，并以之作为变频晶体实现了倍频以及三倍频的激光输出。该类材料属于单斜晶系，具有非线性系数大、抗光损伤阈值高、透过波段宽、可用提拉法生长等优点。除此之外，进行离子(如Nd，Yb)掺杂之后，该类材料还是一种很好的自倍频激光晶体，同时具有了激光和变频的特性，实现了多功能复合以及器件的小型化，符合功能材料的发展趋势。

掺杂或者纯的ReCOB(Re＝Y，Gd)属于单斜晶系、Cm空间群，其有效非线性系数的大小随着晶体通光方向发生变化。理论计算和实验证明，其最大有效非线性系数的相位匹配方向并非位于主平面内，而是位于第五卦限(180°＞θ＞90°，90°＞φ＞0°)。而掺杂后，其最大有效非线性系数的方向基本不受影响，最佳晶体切割方向也基本没有变化。

目前该系列晶体的生长一般都采用晶体的b方向进行生长，而在实际应用中通过定向确定出最佳自倍频方向，之后进行加工成沿最佳倍频(包括自倍频)方向的晶体器件。这样的生长方式给晶体的加工、利用以及最终的器件带来了以下缺点：

(1)加工复杂：每次进行生长的晶体都要通过X射线进行定向，之后确定出最佳方向，这无形之中就给晶体加工带来了极大的困难，使得晶体器件的优劣决定于加工方向的准确度。

(2)利用率低：晶体最大尺寸位于其生长方向b向，而晶体进行定向后，找到垂直于最佳倍频方向的平面，之后沿最佳倍频方向进行切割，这使得很难获得最大尺寸的加工样品，利用率较低。

(3)器件性能差：体生长特别是提拉法晶体生长，是强迫使晶体沿着特定方向进行生长，在生长过程中，由于温度波动等外界条件的干扰，会沿垂直于生长方向形成生长条纹等缺陷，因此沿生长方向切割的晶体，其光学均匀性最好。而在实际操作中，晶体沿b向生长，最佳位相匹配方向与其有一夹角，使其光学均匀性难以得到保证，影响了最终器件的性能和应用。

综上所述，由于传统晶体生长方向的选择，带来了加工复杂、利用率低以及器件性能差等各方面问题，而唯一解决途径就是沿晶体的最佳位相匹配方向进行生长。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有稀土Nd³⁺掺杂或纯的硼酸钙氧钇YCOB或者硼酸钙氧钆GdCOB由于对称性低、最佳相位匹配方向不在主平面内，带来的晶体加工复杂、利用率低以及器件性能差等缺点，从而提供一种使用最佳位相匹配方向切割的籽晶，采用传统的提拉法进行硼酸钙氧盐晶体生长的生长方法，该方法解决了传统生长方法带来的加工复杂、利用率低以及器件性能差等问题。

本发明的目的是这样实现：

本发明提供的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或

掺钕(Nd³⁺)硼酸钙氧钇Nd_xY_1-xCa₄O(BO₃)₃，(以下简写：Nd:YCOB)；