[发明专利]掺碳钇铝石榴石晶体及其两步法制备

说明书

技术领域

本发明属于激光晶体领域，具体涉及一种掺碳钇铝石榴石晶体及其两步法制备。

背景技术

YAG晶体的矿物名称为掺碳钇铝石榴石，分子式为Y₃Al₅O₁₂。YAG晶体具有优 良的物化和光学性能，是十分重要的衬底、窗口和基质材料。掺Nd的YAG晶体 (Nd:YAG)是目前应用最为广泛的激光晶体；掺Ce的YAG晶体是性能优良的高光输出快 衰减闪烁材料；掺Yb的YAG晶体是二极管泵浦全固态激光器的理想工作介质。但目前国 内还没有对于掺碳钇铝石榴石晶体的相关报道。

YAG晶体熔点为～1970℃，属于高温氧化物晶体，生长较为困难。目前国内外制备YAG 晶体主流的方法是提拉法(参见E.Kanchanavaleerat，et al.，Optical Materials，2004，26： 337-341；姜腾雨等，人工晶体学报，1996，25(3)：205-211)；偶尔有采用坩埚下降法(参见 Petrosyan A.G.Crystal growth of laser oxides in the vertical Bridgman configuration.J.Cryst. Growth，1994，139：372-392)和导向温梯法(参见Zhou Yongzong，J.Cryst.Growth，1986， 78：31-35)生长YAG晶体的报道。对于掺碳的石榴石(YAG:C)晶体来说，由于高温下碳 容易挥发，采用传统的工艺无法获得高掺碳量和掺杂均匀的YAG:C晶体，从而限制晶体的 热释光和光释光剂量学性能，严重影响晶体的稳定性。基于在先技术在生长YAG:C晶体方 面存在着局限性，因此，如何防止掺碳钇铝石榴石晶体制备过程中碳的挥发，已经 成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺碳钇铝石榴石晶体(YAG:C晶体)及其两步法制备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种掺碳钇铝石榴石晶体，其特征是在钇铝石榴石晶体中掺入碳无素。

优选的，所述掺碳钇铝石榴石晶体中，碳的掺杂量为晶体总质量的10～20000ppm。

更优选的，所述掺碳钇铝石榴石晶体中碳的掺杂量为晶体总质量的2000～8000ppm。

本发明的掺碳钇铝石榴石晶体的两步法制备包括如下步骤：先生长YAG晶体，将YAG 晶体加工成YAG晶片，然后采用碳蒸发源对YAG晶片进行扩散渗碳处理，制得掺碳钇铝 石榴石晶体。

优选的，所述YAG晶体由提拉法、下降法或温梯法生长制得。

所述提拉法、下降法或温梯法生长YAG晶体的方法，本领域技术人员可参考本领域现 有技术进行确定。

所述提拉法、下降法或温梯法生长YAG晶体时所使用的各种原料的配比，本领域技术 人员可以根据YAG晶体分子式中Y和Al的摩尔比进行确定。

优选的，所述YAG晶片为长度为5～15mm、厚度为1～5mm双面光学级抛光的YAG 晶片。

所述YAG晶体可由常规方法加工成YAG晶片，如切割法。

所述碳蒸发源选自碳粉或石墨。

所述采用碳蒸发源对YAG晶片进行扩散渗碳处理在置于晶体炉中的密封坩埚中进行； 处理温度为2000～2200K；处理时间为1～120h；处理过程中，晶体炉的炉压＜5×10^-3Pa。

优选的，所述扩散渗碳处理的处理温度为2143～2193K，处理时间为24～72h。

优选的，所述扩散渗碳处理在还原气氛中进行，所述还原气氛更优选为氢气气氛。

优选的，所述密封坩埚为钼坩埚。

优选的，所述晶体炉为钟罩式真空电阻炉，该炉体的内部结构包括坩锅，发热体，保 温层。坩锅置于炉体的中心位置，下面有氧化锆陶瓷坩埚托，其周围是圆筒石墨发热体， 发热体的外围有钼保温层，与发热体相连的电极板有支撑环支撑，在支撑环内有下保温屏， 穿过下保温屏和电极板的中心伸到锅托内有冷却水支杆，测量温度的钨铼热电偶置于坩锅 底部，炉体之外附真空系统，稳压电源和精密控温系统。

所述掺碳钇铝石榴石晶体中碳的掺杂量可以通过调整扩散渗碳处理的处理温度和处理 时间来达到，扩散渗碳处理的处理温度越高，处理时间越长，则晶体中碳的掺杂量越高。