[发明专利]钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体、其制备方法、应用及温场

说明书

本发明公开了一种钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体、其制备方法及温场。本发明提供的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，为立方晶系石榴石相，其中十二面体中的Gd³⁺(0.106nm)部分被具有较大离子半径的阳离子Ca²⁺(0.112nm)取代；八面体中的Ga³⁺(0.062nm)部分被具有较大离子半径的阳离子Mg²⁺(0.072nm)和Zr⁴⁺(0.075nm)取代，其晶胞参数为与掺Bi:RIG系薄膜的失配率小于0.05％，能够较好的帮助Bi:RIG系薄膜的生长。其制备方法，通过调节生长气氛、抑制Ga₂O₃的挥发，配合提拉法的工艺调整，避免了螺旋生长和晶体开裂的问题。本发明提供的用于制备所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的温场包括同心嵌套的氧化锆内筒、氧化锆砂保温层与氧化铝外筒；温场设置在提拉炉之内。

技术领域

本发明属于晶体与光学器件领域，更具体地，涉及一种钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体、其制备方法及温场。

背景技术

磁光器件是激光通讯系统中的核心和关键器件之一，而掺Bi稀土铁石榴石外延薄膜是磁光器件的关键原材料，其性能的优劣直接取决于其衬底单晶质量的好坏，目前常用的磁光单晶薄膜材料是以钆镓石榴石(GGG)晶体基片作为生长衬底的，但是钆镓石榴石(GGG)晶体晶格常数小，衬底与掺Bi:RIG系薄膜的晶格常数不匹配，由于钆镓石榴石与掺Bi:RIG系薄膜的失配率超过0.05％，不利于晶体的生长。只有失配率不超过0.05％，才有利于晶体的生长。

SGGG晶体是一致熔融化合物，其熔点大约为1730℃，在利用提拉法生长单晶时，常常会遇到组分Ga₂O₃的挥发，引起强烈的液流效应和界面翻转，导致螺旋生长和晶体开裂等突出的问题，从而给晶体的生长带来极大的困难。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体、其制备方法及温场，其目的在于通过微量掺杂钙镁锆元素，制备钆镓石榴石晶体的晶格常数，从而与掺Bi:RIG系薄膜匹配，降低与掺Bi:RIG系薄膜的失配率，从而有利于掺Bi:RIG系薄膜的生长，由此解决现有的钆镓石榴石与掺Bi:RIG系薄膜的失配率超过0.05％，不利于晶体的生长的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其分子式为：

Gd_3-xCa_xGa_5-x-2yMg_yZr_x+yO₁₂

其中，0.35≤x≤0.4，0.25≤y≤0.3；为立方晶系石榴石相，其中十二面体中的Gd³⁺被阳离子Ca²⁺取代，八面体中的Ga³⁺被Mg²⁺和Zr⁴⁺取代。

优选地，所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其晶胞参数为

优选地，所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其与掺Bi:RIG系薄膜的失配率小于0.05％。

优选地，所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其x＝0.35且y＝0.3，或x＝0.4且y＝0.25。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置多晶原料：按照所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石磁光晶体的分子式的化学计量比称取晶体生长所需原料，在混料机内混匀，等静压机压片后置于马弗炉内高温烧结；其中Ga₂O₃过量1-4wt％；