需求解析

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技术研发指南

大尺寸钛宝石晶体是超快超强激光重要放大介质,能否生长出优质大尺寸钛宝石晶体,成为新一代超强激光发展的瓶颈之一。因而,大尺寸钛宝石生长是国内外研究的热点领域。大尺寸钛宝石晶体生长方法主要有提拉法、泡生法、定向凝固法等。提拉法(Cz)生长钛宝石晶体,采用中频感应加热,晶体生长速度快且晶体不与坩埚接触,晶体外形容易灵活控制,晶体沿c向生长,位错密度比较高。但提拉法生长钛宝石晶体过程在弱氧化气氛下进行,钛宝石晶体的红外残余吸收较大。泡生法(KY)生长大尺寸钛宝石晶体,晶体不与坩埚接触,位错密度低,热应力比较小,但晶体生长接种过程对人工经验依靠性很大,技术难度很高,且生长晶体的外形不易控制,晶体的一致性差,目前能生长直径100mm的钛宝石晶体。定向凝固法通过构建合适的温场使钛宝石晶体定向凝固生长,如热交换法(HEM)、温度梯度法(TGT)、水平定向凝固法(HDS),都属于定向凝固法的范畴。热交换法有固-液界面稳定、易于排杂、熔体对流微弱、原位退火等优势,能够实现直径200nm钛宝石晶体生长。

泡生法生长大尺寸钛宝石激光晶体生长的装备一种是箱式真空电阻炉,在炉体的外壳上设有真空系统,炉体内部的结构包含坩埚和加热器,坩埚放置于炉体内中心位置上,坩埚是底部中心区域带有一板条状的籽晶槽的方形坩埚。在坩埚的前后方设有Z字型的加热器,加热器的周围有箱式石墨硬毡保温罩。坩埚的底下为坩埚托,在坩埚的下方靠近籽晶槽的处有测温控温的热电偶。在坩埚的正上方保温罩的外部设有籽晶探针。本专利技术该装置可以生长大尺寸的钛宝石晶体,大大提高了晶体生长的速率及质量,解决钛宝石晶体直径对长度比的限制及大幅度缩短钛宝石晶体的生长周期,生长出高品质的完整的钛宝石晶体。

水平定向凝固法(HDS)通过调节固液界面角度和生长气氛饱和蒸汽压调节掺杂离子浓度的均匀性,从而获得优质钛宝石晶体,但晶体尺寸仅达到100mm×150mm×40mm。导向温度梯度法(TGT)具有低位错、低散射和结构完整性高等特点,能够生长出直径120mm钛宝石晶体。但定向凝固法生长钛宝石晶体与坩埚直接接触,晶体边缘的热应力非常大,使生长晶体容易开裂,成品率大大降低。

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