[发明专利]大尺寸体块硼酸钙氧铽晶体及其生长与应用

权利要求书

1.大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体，化学式为TbCa₄O(BO₃)₃，属于单斜晶系，空间群为Cm，晶胞参数为：a=8.0715(7)b=16.0000(15)c=3.5454(3)β=101.2550(10)°，Z=2，其特征在于该体块硼酸钙氧铽单晶体直径≥20mm、长度为≥50mm，紫外-可见-近红外透过光谱在490-1500nm的波长范围内有>85%的高透过率，其紫外吸收截止边位于280nm附近；室温下，压电系数d₁₁=1.8pC/N。

2.根据权利要求1所述的大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体，其特征在于用Nd:YAG激光器产生的波长为1064nm的红外激光入射该晶体，在主平面内的位相匹配方向产生强烈的绿光。

3.根据权利要求1所述的大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体，其特征在于该晶体直径20-40mm，长度50-100mm。

4.根据权利要求1所述的大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体的制备方法，包括步骤如下：

（1）按TbCa₄O(BO₃)₃化学计量比称取原料Tb₄O₇、CaO和B₂O₃，再额外添加过量的B₂O₃以补偿高温固相反应过程中B₂O₃的挥发，混合均匀，装入磨具压块后放入刚玉坩埚进行烧结，烧结温度900-1200℃，得到硼酸钙氧铽多晶料；

（2）将得到的硼酸钙氧铽多晶料放入铱金坩埚中，根据坩埚中多晶料的量，再适当补加过量的B₂O₃，将装好料的铱金坩埚放入单晶炉内抽真空，并充入保护气体；采用中频感应加热方式，升温至多晶料熔化，适当提高温度，使熔体混合均匀，得到熔融的硼酸钙氧铽多晶料熔体；

（3）采用<010>方向的YCa₄O(BO₃)₃或TbCa₄O(BO₃)₃作为籽晶；将籽晶下入单晶炉内，且垂直向下送到步骤（2）得到的多晶料熔体中，使籽晶的顶端与多晶料熔体接触，使籽晶与熔体的接触面处于缓熔状态，开始降温提拉；使籽晶垂直于多晶料液面的方向进行生长，之后依次经收颈、放肩、等径、收尾阶段；整个生长周期为5-15天；

（4）晶体提脱，降至室温。

5.根据权利要求1所述的大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体的制备方法，其特征在于步骤（1）所述过量的B₂O₃的量为1-2%，以按化学计量比配料B₂O₃的质量计。

6.根据权利要求1所述的大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体的制备方法，其特征在于步骤（2）所述的在坩埚中补加过量的B₂O₃，所述的B₂O₃补加量为5-8%，以多晶料的量为基数计；进一步优选的，所述的坩埚中多晶料的量为520g，补加B₂O₃为26g～41.6g。

7.根据权利要求1所述的大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体的制备方法，其特征在于步骤（2）所述的保护气体为氩气。根据本发明优选的，硼酸钙氧铽晶体生长所用籽晶为<010>方向的TbCOB单晶。

8.根据权利要求1所述的大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体的制备方法，其特征在于步骤（3）硼酸钙氧铽晶体生长的工艺参数为：放肩角40-80°，等径部分直径10-50mm，所述降温提拉的拉速0.8-3mm/h、转速15-30rd/min以及降温速率为20-35℃/h。

9.权利要求1-3任一项所述的大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体作为非线性光学晶体的应用，用于制作激光频率变换器件，所述激光频率变换器件是倍频器件，和频器件与差频器件。

10.权利要求1-3任一项所述的大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体的应用，其中：

（1）作为高温压电晶体的应用，其中，基于大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体弹性系数零温度系数制作高温压电谐振器；基于大尺寸体块硼酸钙氧铽单晶体合适切型制作压电换能器件；

（2）作为磁光光学晶体的应用，用于制作磁光器件。