[发明专利]一种铽镓石榴石磁光晶体的生长方法

说明书

（一）        技术领域

    本发明涉及一种晶体生长领域，特别涉及一种铽镓石榴石磁光晶体的生长方法。

（二）        背景技术

与传统通信技术相比，光纤通信具有如下特点 ：(1) 光纤体积小，重量轻 ；(2) 容量大，速度快，损耗低 ；(3) 传输可靠性高 ；(4) 噪音比、误码率、信息失真度低等。目前随着近红外区光纤技术的迅猛发展，光隔离器在信息传输中获得越来越重要的应用。

光隔离器可以用来消除光纤传输中产生的反向光。反向光的存在会导致系统间的自耦合效应，使激发源变得不稳定，产生反射噪音和自激励，造成整个系统无法正常工作。而光隔离器可以消除以上不良影响。例如，在半导体激光源和光传输系统之间安装一个光隔离器，可以在很大程度上减少反射光对光源的光谱输出功率稳定性产生的不良影响。在高速直接调制、直接检测光纤通信系统中，后向传输光会产生附加噪音，使系统的性能劣化，这也需要光隔离器来消除。

光隔离器的中心元件是 45 度的磁光法拉第转子，主要利用磁光晶体的法拉第效应。法拉第效应于 1845 年由法拉第发现。当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度 Ψ 与磁感应强度 B 和光穿越介质的长度 l 的乘积成正比，即 Ψ ＝ VBl，比例系数 V 称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。对于正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉第旋转介质与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋 45 度，并恰好使低能耗通过与起偏器成 45 度放置的检偏器。对于反向光，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏振方向也右旋 45 度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，完全阻断了反向光的传输。

石榴石作为一种优异的磁光晶体，是主要的研究对象，并已经实现商品化，其中最常用、最典型的是钇铁石榴石 (Yttrium irongamet，YIG)。但是，在 400-1100nm 波段，YIG或者掺杂 YIG 晶体的透光性能不佳，磁光优值低，限制了其在该波段的应用。与之相比，铽镓石榴石 (TGG) 在可见和近红外光谱区内具有较高的费尔德常数和低的吸收系数，且容易用提拉法生长，因此，TGG 晶体在 400-1100nm 波段成为法拉第光隔离器和较高功率激光磁光器件中理想的材料。

（三）        发明内容

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种铽镓石榴石磁光晶体的生长方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种铽镓石榴石磁光晶体的生长方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）原料处理：将原料Tb4O7和Ga2O3分别通过硅钼马弗炉烧结，烧结温度为1400-1500摄氏度，并恒温30个小时，去除潮气及其他矿物杂质；按Ga：Tb=3:5的摩尔比计算称料，再经过自动混料机混料后，再压制成型；

（2）原料配制：将原料Tb4O7和Ga2O3按照按Ga：Tb=3:5的摩尔比计算称料；

（3）压制成型：将上述配好的原料经过自动混料机混料后，通过压制机压成圆片型；

（4）抽真空：在抽真空之前，先检查排气阀是否打紧，防止在抽真空的过程中漏气；启动控制柜，打开机械泵，进行抽真空；

（5）设置系统：晶体生长采用自动控制称重系统，采用JPG自动控制软件，设定晶体类型的浓度、尺寸、外型、及长度设定入软件。产品参数计入计算机自动控制工艺参数自动生长；

（6）升温熔料：在升温熔料的过程中，根据原料熔化下塌的情况，缓慢的提升埚位，使得原料均匀融化；

（7）下籽晶：首先根据炉内情况调整温度，并进行恒温，同时下降籽晶进行预热，调节晶体转速为15r/min，当调温恒温一段时间后，将籽晶摇下与熔体接触，仔细观察并调整炉温，恒温30-60min；

（8）引晶：开启提拉电源，调拉速为1.0-2.0mm/h；

（9）放肩：在放肩的过程中，程控一般为负值，随着放肩的直径变大，程控值也加大，直到开始转肩。放肩到Φ20mm时，拉速以每小时0.1mm下调到1mm/h；

（10）当生长长度达到70mm时。拉速由1.5-2.5mm/h以每小时降低0.1mm降至1.5mm/h，根据工艺要求，确定所要拉的长度；

（11）停炉：结束生长时，人工提起晶体使其脱离液面，然后停拉缓慢退火至室温，退火时间为20-40h。