[发明专利]一种石榴石型单晶生长用抽吸装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备钆镓石榴石（Gd₃Ga₅O₁₂，GGG）和铽镓石榴石（Tb₃Ga₅O₁₂，TGG）等含有Ga₂O₃组分的石榴石型单晶生长用抽吸装置。

背景技术

高功率固体激光器，对激光晶体有一系列严格的要求：大的吸收截面和发射截面、长的荧光寿命、高的热力学性能以及能够生长成大尺寸高光学质量的晶体。GGG晶体容易在平坦固液界面下生长，不存在其他杂质和应力中心，整个截面都可有效利用，容易得到应用于高功率激光器的大尺寸板条和板状元件，并且GGG晶体具有好的力学和化学稳定性、高的热导率、宽的泵浦吸收带、长的荧光寿命，泵浦光的吸收和储能性都较好，可实现连续式或脉冲式激光运转。GGG晶体已成为高功率固体激光器的首选材料之一。

目前随着近红外区光纤技术的迅猛发展，光隔离器在信息传输中获得越来越重要的应用。光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。铽镓石榴石（TGG）在可见和近红外光谱区内具有较高的费尔德常数和低的吸收系数，且容易用提拉法生长。因此，TGG晶体是应用于400-1100nm波段的法拉第光隔离器和较高功率激光磁光器件的理想材料。

由上可以看出，GGG和TGG晶体具有广泛的应用前景，但在这两种晶体生长过程中，都面临着严重的Ga₂O₃组分挥发问题，由于组分Ga₂O₃具有较强的氧化性，并且该物质在不同的温度下具有不同的分解压力，所以它在加热熔融过程中容易发生还原挥发生成亚镓氧化物和氧气，对晶体的质量造成严重的影响。首先，Ga₂O₃的挥发分解使熔体组分偏离化学计量得不到及时修正，使得制备大尺寸单晶材料难以实现。其次，组分Ga₂O₃分解后形成的亚镓氧化物会与铱金坩埚壁以及熔体中其他氧化物发生反应形成铱金或其他异质沉积物，被界面所俘获形成晶体的包裹物。晶体生长过程中，有时观察到保温片开孔处的重结晶物通过保温片开孔掉入熔体中，瞬间引起温度波动，重结晶物被液面包裹而生长入晶体中，在晶体表面形成一圈黑色结晶物，在晶体内部形成散射界面。晶体生长完成后，看到炉壁上、保温片开孔处附着着是一层非常均匀的白色粉末状物质，坩埚埚口四周及保温罩观察窗口处是结晶非常好的白色晶须。同时在GGG和TGG晶体毛坯的肩部也存在些许白色粉末团，经检测晶体内部存在散点、包裹物、界面、生长纹等缺陷。经过分析认为晶体毛坯肩部白色粉末团以及晶体内散点、包裹物的存在主要是由于组分Ga₂O₃分解后形成的亚镓氧化物在炉壁或保温片开孔处的重结晶物通过保温片开孔掉入熔体中，界面将未完全熔化的重结晶物颗粒包裹在晶体中。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种得到内部基本无散点、包裹物的大尺寸、高质量石榴石型单晶的一种石榴石型单晶生长用抽吸装置。

按照本发明提供的技术方案，所述石榴石型单晶生长用抽吸装置，在密闭外壳内固定设置有若干层侧壁相贴的保温壳，位于外层保温壳的高度大于位于内层保温壳的高度，在每层保温壳的顶端部固定有保温顶片，在每块保温顶片的对应位置上开设有出料孔，在保温壳内固定设有生长坩埚，在生长坩埚位置的最外层保温壳的外部设有发热线圈，在保温壳上开设有抽气管安装孔，在抽气管安装孔内插装有抽气管，所述抽气管设置在最下层保温顶片的下方，抽气管的进气端伸入最内层保温壳的内部空间中，抽气管的出气端与抽气泵相连；在密闭外壳外设有提拉机构，提拉机构的提拉杆穿过密闭外壳与出料孔。

所述抽气管位于最下层保温顶片的下方5~10mm处，抽气管的进气端伸入最内层保温壳内10~15mm。所述抽气管的内径为8~10mm，抽气管的厚度为2~3mm。所述抽气管的材料是石英或者为氧化铝。位于上层的保温顶片上开设的出料孔的孔径等于位于下层的保温顶片上开设的出料孔的孔径。