一種磷灰石型硅酸鋱磁光晶體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在可見-近紅外光區(qū)具有高透過率、高費(fèi)爾德常數(shù)的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體及其制備方法。該晶體采用熔體提拉法生長，分子式為Tb10-x(SiO4)6O3-1.5x，其中x＝0～2，屬六方晶系，空間群為。該磁光晶體具有優(yōu)良的磁光效應(yīng)，其費(fèi)爾德常數(shù)（Verdetconstant）高于目前商品化應(yīng)用的摻鋱玻璃及鋱鎵石榴石（TGG）晶體。同時(shí)，該磁光晶體在400～1500nm波段，除485nm附近有Tb3+離子的特征吸收峰外，其他波段均表現(xiàn)出較高的透過率。特別在可見光波段400～650nm處，該磁光晶體的透過率較TGG晶體有明顯的增大，其作為磁光材料，在該波段將有更好的應(yīng)用前景。此外，本發(fā)明磁光晶體為一致熔融化合物，可采用中頻感應(yīng)提拉法生長，其生長工藝簡單、周期短，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模低成本的批量生產(chǎn)。
【專利說明】一種磷灰石型硅酸鋱磁光晶體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁光材料和晶體生長【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高透過率高費(fèi)爾德常數(shù)磷灰石型硅酸鋱磁光晶體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁光晶體是一類重要的光電子功能材料，利用其自身獨(dú)特的效應(yīng)可制作光學(xué)隔離器、激光調(diào)制器、磁光開關(guān)、光纖電流傳感器以及其它光電磁轉(zhuǎn)換功能的磁光器件，是目前光通訊、光網(wǎng)絡(luò)以及信息處理等系統(tǒng)急需的戰(zhàn)略高技術(shù)材料。
[0003]在目前商品化應(yīng)用的主流磁光晶體材料中，摻稀土的石榴石磁光晶體占有重要的地位。如釔鐵石榴石(110及其摻雜的系列晶體和薄膜，該系列晶體法拉第旋轉(zhuǎn)角較大，在光傳輸工作波段(1300~1500=0)透過率高，以它作為核心材料制成的光隔離器、環(huán)行器、光調(diào)制器等磁光器件，已廣泛應(yīng)用于大容量光纖通信系統(tǒng)中。但是，在400~1100=111波段，即可見-近紅外光波段系列晶體的透光性能不理想，其磁光優(yōu)值隨光源波長藍(lán)移而迅速下降。因此，116晶體及其薄膜材料不適合于在可見-近紅外波段的磁光器件上應(yīng)用。
[0004]摻鋱玻璃及鋱鎵石榴石(1(?)晶體在可見-近紅外光區(qū)都具有較高的透過率，但法拉第旋轉(zhuǎn)角相對(duì)較小，所制備器件的尺寸較大，不利于磁光器件的微型化。同時(shí)，高質(zhì)量166晶體的生長技術(shù)還沒有突破，生長獲得的晶體`消光比大，成品率較低。另外，1(?晶體合成原料價(jià)格昂貴，成本偏高，也影響了其應(yīng)用的前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種磷灰石型娃酸鋪磁光晶體及其制備方法。該磁光晶體在可見-近紅外光區(qū)具有高透過率和高費(fèi)爾德常數(shù)，其為一致熔融化合物，可采用中頻感應(yīng)提拉法生長，生長工藝簡單、周期短，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模低成本的批量生產(chǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
磷灰石型硅酸鋱磁光晶體，其分子式為，其中X = 0~2，屬六方晶系，空間群為#3/3?，莫氏硬度為5111011。
[0007]上述的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體采用熔體提拉法進(jìn)行單晶生長，其制備方法如下:
1)高純初始原料合成。按合成化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取藥品純度99.99%、3102純度99.95%),并將所稱取的藥品放入剛玉研缽中研磨均勻、壓片，然后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，獲得晶體生長所需的初始原料。
[0008]2)單晶生長。采用銥金坩堝作為晶體生長的容器，使其在惰性氣體(如隊(duì)、紅等)的氣氛下進(jìn)行單晶提拉，其生長溫度為1900~20001，生長速度為0.5~2.0^,晶體轉(zhuǎn)速為7~3017^1^透過單晶提拉爐上的石英觀察窗觀察晶體生長時(shí)光圈及生長趨勢(shì)的變化情況，并通過歐陸表調(diào)節(jié)電勢(shì)的升降及其變化速率，以控制晶體生長形態(tài)。
[0009]3)晶體退火。當(dāng)晶體生長結(jié)束后，將晶體提升并脫尚溶體，調(diào)整晶體聞度，使其聞出熔體表面1~然后緩慢退火至室溫，降溫速率為5~601作。即得到磷灰石型硅酸鋱磁光晶體毛坯。
[0010]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明可獲得高光學(xué)質(zhì)量、較大尺寸、物理性能優(yōu)良的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體。該磁光晶體具有優(yōu)良的磁光效應(yīng)，其費(fèi)爾德常數(shù)的
)高于目前商品化應(yīng)用的摻鋱玻璃及鋱鎵石榴石(166 )晶體。同時(shí)，本發(fā)明磁光晶體在400~1500?。。。?！波段，除485=0附近有1^+離子的特征吸收峰外，其他波段均表現(xiàn)出較高的透過率。特別在可見光波段400~65011111處，本發(fā)明磁光晶體的透過率較晶體有明顯的增大，其作為磁光材料，在該波段將有更好的應(yīng)用前景。此外，本發(fā)明磁光晶體為一致熔融化合物，可采用中頻感應(yīng)提拉法生長，其生長工藝簡單、周期短，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模低成本的批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明磁光晶體IX33 (3101(?的狀0圖譜。
[0012]圖2是本發(fā)明磁光晶體的透射光譜圖。
[0013]圖3是本發(fā)明檢測(cè)用法拉第磁光效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)示意圖。
[0014]附圖標(biāo)記說明:1激光器；2起偏器；3電磁鐵；4樣品；5檢偏器；6角度旋轉(zhuǎn)鏡架；7光功率計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1:熔體提拉法生長磷灰石型磁光晶體。
[0016]將按1X33(3104)602 化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱量好的丁、07 (99.9990、8102 (99.95%)放入剛玉研缽中混合研磨均勻，壓片`后，置于馬弗爐內(nèi)于9001進(jìn)行固相反應(yīng)12小時(shí)。取出后，再研磨、壓片，升溫至14001再次進(jìn)行固相反應(yīng)16小時(shí)后得到用于晶體生長的初始原料。采用尺寸為060X40皿3的銥金坩堝作為晶體生長的容器，將合成好的多晶粉體原料裝入該容器中，放入單晶提拉爐內(nèi)，在隊(duì)氣氛下進(jìn)行單晶提拉。生長溫度為19001，生長速度為0.5^/1！，晶體轉(zhuǎn)速為717111111。生長過程中，透過石英觀察窗觀察晶體生長時(shí)光圈及生長趨勢(shì)的變化情況，并通過歐陸表調(diào)節(jié)電勢(shì)的升降及其變化速率，以控制晶體生長形態(tài)。當(dāng)生長結(jié)束后，將晶體提升并脫離熔體，調(diào)整晶體高度，使其高出熔體表面1皿。然后設(shè)定降溫程序，緩慢退火至室溫，降溫速率為51作，退火時(shí)間為25小時(shí)，得到尺寸為26臟X30臟(等徑部分)的高光學(xué)質(zhì)量晶體。
[0017]采用X射線粉末衍射儀對(duì)實(shí)施例1所制備的IX33(8104) 602晶體粉體進(jìn)行物相分析，圖1顯示了其乂即圖譜。結(jié)果表明所生長晶體為磷灰石相，無其它雜相物質(zhì)存在。將1139 33(8104) 6^2晶體經(jīng)定向、切割、拋光后，在？匕池也1^八18/^11？光譜儀上測(cè)試了其室溫下400~1500?。。。?！的透射光譜，如圖2所示。結(jié)果表明，本發(fā)明磁光晶體在400~1500?。。。?！波段，除485=0附近有1^+離子的特征吸收峰外，其他波段均表現(xiàn)出較高的透過率。特別在可見光波段400~650=0處，本發(fā)明磁光晶體的透過率較晶體有明顯的增大。采用消光法在自制的法拉第磁光效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)(圖3)中測(cè)試了本發(fā)明磁光晶體1139 33(8104) 6^2 的法拉第旋轉(zhuǎn)角，其費(fèi)爾德常數(shù)⑶ 1181:8111:)為 3521^(1/丁 53211111)?2431-8(1/1.1II (63311111)^761-8(1/1.1II (1064=111)0[0018]實(shí)施例2:熔體提拉法生長磷灰石型(31010^磁光晶體。
[0019]將按(3104)4^化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱量好的1\07 ( 99.99%--8102 (99.95%)放入剛玉研缽中混合研磨均勻，壓片后，置于馬弗爐內(nèi)于9001進(jìn)行固相反應(yīng)20小時(shí)。取出后，再研磨、壓片，升溫至14001再次進(jìn)行固相反應(yīng)24小時(shí)后得到用于晶體生長的初始原料。采用尺寸為0 60X40皿3的銥金坩堝作為晶體生長的容器，將合成好的多晶粉體原料裝入該容器中，放入單晶提拉爐內(nèi)，在％氣氛下進(jìn)行單晶提拉。生長溫度為20001，生長速度為
2.0^/1！，晶體轉(zhuǎn)速為3017^111。生長過程中，透過石英觀察窗觀察晶體生長時(shí)光圈及生長趨勢(shì)的變化情況，并通過歐陸表調(diào)節(jié)電勢(shì)的升降及其變化速率，以控制晶體生長形態(tài)。當(dāng)生長結(jié)束后，將晶體提升并脫離熔體，調(diào)整晶體高度，使其高出熔體表面然后設(shè)定降溫程序，緩慢退火至室溫，降溫速率為601作，退火時(shí)間為35小時(shí)，得到尺寸為31^(等徑部分)的高光學(xué)質(zhì)量1^(31010“晶體。
[0020]實(shí)施例3:熔體提拉法生長磷灰石型1?.(8104)禮5磁光晶體。
[0021]將按1X66(3104)602.5 化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱量好的 1\07 ( 99.99%--8102 (99.95%)放入剛玉研缽中混合研磨均勻，壓片后，置于馬弗爐內(nèi)于900-(:進(jìn)行固相反應(yīng)20小時(shí)。取出后，再研磨、壓片，升溫至14001再次進(jìn)行固相反應(yīng)24小時(shí)后得到用于晶體生長的初始原料。采用尺寸為060X40皿3的銥金坩堝作為晶體生長的容器，將合成好的多晶粉體原料裝入該容器中，放入單晶提拉爐內(nèi)，在隊(duì)氣氛下進(jìn)行單晶提拉。生長溫度為19501，生長速度為1^/11，晶體轉(zhuǎn)速為1517111111。生長過程中，透過石英觀察窗觀察晶體生長時(shí)光圈及生長趨勢(shì)的變化情況，并通過歐陸表調(diào)節(jié)電勢(shì)的升降及其變化速率，以控制晶體生長形態(tài)。當(dāng)生長結(jié)束后，將晶體提升并脫離熔體，調(diào)整晶體高度，使其高出熔體表面2皿。然后設(shè)定降溫程序，緩慢退火至室溫，降溫速率為301作，退火時(shí)間為30小時(shí)，得到尺寸為25^1111^29^(等徑部分)的高光學(xué)質(zhì)量1X^31010”晶體。
[0022]以上所述僅為本發(fā)明的`較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磷灰石型硅酸鋱磁光晶體，其特征在于:該晶體的分子式為:11^(3104) 603卩，其中1=0-2,屬六方晶系，空間群為~/兩。
2.—種制備如權(quán)利要求1所述的磷灰石型娃酸鋪磁光晶體的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)初始原料的合成:按113^^(8104)^.5,化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取1\07和3102，將它們研磨均勻、壓片，然后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，獲得晶體生長所需的初始原料； (2)單晶生長:將初始原料裝入晶體生長的坩堝容器中，放入單晶提拉爐內(nèi)，使其在惰性氣體的氣氛下進(jìn)行單晶提拉，其生長溫度為1900~20001，生長速度為0.5~2.0^,晶體轉(zhuǎn)速為7~30170111 ； (3)晶體退火；當(dāng)晶體生長結(jié)束后，將晶體提升，高出熔體表面1~3皿，然后緩慢退火至室溫，降溫速率為5~601 /11,即得到磷灰石型硅酸鋱磁光晶體毛坯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體的制備方法，其特征在于:晶體生長所使用的坩堝容器是由高熔點(diǎn)材料制成，高熔點(diǎn)材料是指熔點(diǎn)在20001以上的金屬或合金材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磷灰石型硅酸鋱磁光晶體的制備方法，其特征在于:晶體生長所使用的坩堝容器 是銥金坩堝。
【文檔編號(hào)】C30B15/00GK103834998SQ201410120913
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】陳新, 萬琦萍, 張文輝, 陳建中, 郭飛云, 莊乃鋒, 宮仲亮 申請(qǐng)人:福州大學(xué)