2英寸高熔点稀土倍半氧化物晶体的生长与制备技术

【作者】 赵衡煜； 侯文涛； 薛艳艳； 王庆国； 董建树； 徐晓东； 徐军；

【机构】 同济大学物理科学与工程学院高等研究院； 江苏师范大学物理与电子工程学院；

【摘要】 稀土倍半氧化物晶体基质（Lu₂O₃、Sc₂O₃、Y₂O₃等）具有一系列优点:立方晶系、无双折射;易实现各种稀土掺杂、高分凝系数;高热导率12.5-16.5W/mK;低声子能量?430cm^-1,低无辐射跃迁、高量子效率;具有强场耦合特性、Yb掺杂基态能级分裂大达1112cm^-1;高抗冲击因子、高破坏阈值[1]。在高功率、微片、超快、中红外和可见光波段激光等方面具有重要应用前景。但,该类晶体熔点高（>2400?C）、很难生长。光浮区晶体生长法是一种高效且可行的研究稀土离子倍半氧化物晶体性能的方法[2]。本研究使用浮区法（Floating zone）获得了Yb:Lu₂O₃、Tm:Lu₂O₃、Er:Lu₂O₃等系列晶体,并测试了光谱性能和激光输出实验。然而,在晶体生长过程中的固熔界面处的温度梯度极大,引发一系列的生长难题和质量问题,难以突破φ20 mm的尺寸上限。德国汉堡大学生长获得国际上最大尺寸Φ35 mm×40 mm的Yb/Er:Lu₂O₃晶体[3]。近期,我们采用热交换-温梯法的工艺技术生长了Lu₂O₃和Sc₂O₃单晶,晶体尺寸突破Φ57 mm,X射线双晶摇摆曲线半高宽（FWHM）可达44"。氧化钪晶体切片尺寸为35*35*12mm,双晶摇摆曲线半高宽为102"。更多还原