[实用新型]用于温度梯度法生长稀土倍半氧化物晶体的热场装置

说明书

本实用新型提供用于温度梯度法生长稀土倍半氧化物晶体的热场装置，包括基座、保温桶、石墨硬毡保温层、第一支架、第二支架、坩埚、上保温层、感应加热线圈；保温桶固定于基座上；石墨硬毡保温层设置于保温桶内，且石墨硬毡保温层中部设有坩埚放置孔；第一支架穿过基座和石墨硬毡保温层，且第一支架顶部位于坩埚放置孔内；第二支架设于第一支架底部；坩埚置于坩埚放置孔内，且底部与第一支架顶部接触；上保温层设于保温桶的顶部；感应加热线圈环设于保温桶外侧壁上。该热场装置使用中频感应的加热方式，设计了合适的保温层为基础的热场环境，使得温度梯度呈现一个上热下冷的渐变过程，保证了晶体的定向生长。

技术领域

本实用新型涉及晶体生长领域，是对温度梯度法的创新式设计实用新型，主要涉及于高熔点稀土元素倍半氧化物晶体生长工艺的热场装置及生长方法。

背景技术

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。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℃)、很难生长。

目前，科学家使用光浮区(Floating zone)晶体生长法进行了一系列的稀土离子倍半氧化物晶体性能的研究。然而，光浮区法晶体生长过程中的固熔界面处的温度梯度极大。依据熔体2400℃和石英套管的相变转化温度(1100℃)的温差来计算，浮区法生长的稀土倍半氧化物晶体的熔体边缘处的温度梯度可达500℃/mm，导致晶体应力较大并引发系列的生长难题和质量问题，难以突破φ20mm的尺寸上限。

为了获得大尺寸的高熔点稀土离子倍半氧化物晶体，就必须寻求坩埚熔体中长晶的手段。目前传统的高温晶体坩埚材料是铱金属(Ir)，钼金属(Mo)，钨金属(W)，铼金属(Re)或石墨(C)。其中Ir与Mo的熔点低于或非常接近稀土离子倍半氧化物的熔点 (>2400℃)，无法用于生长倍半氧化物晶体；钨金属与石墨会熔化进入熔体，并与稀土离子形成合金金属，造成晶体污染；铼金属成本高达每公斤四万元人民币以上，严重制约了晶体生长的工作；钽金属的成本为每公斤四千元人民币左右，相对便宜，然而切削粘性大，因此加工成型的成本较高。最近，德国汉堡大学采用热交换法生长获得国际上最大尺寸Φ35mm×40mm的Yb/Er:Lu₂O₃晶体。而在这一领域我国晶体生长技术仍处于探索阶段。本实用新型选用温度梯度法进行生长，这是因为温度梯度法可以避免因不规则机械振动源的干扰而给熔体造成复杂对流和固-液界面的温度波动，提高晶体质量。

实用新型内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种车辆超限检测装置。

本实用新型的目的是提供一种可生长稀土离子倍半氧化物的晶体的温梯法的晶体生长工艺及热场结构。

技术方案：本实用新型提供的用于温度梯度法生长稀土倍半氧化物晶体的热场装置，包括基座、保温桶、石墨硬毡保温层、第一支架、第二支架、坩埚、上保温层、感应加热线圈；所述保温桶固定于基座上；所述石墨硬毡保温层设置于保温桶内，且石墨硬毡保温层中部设有坩埚放置孔；所述第一支架穿过基座和石墨硬毡保温层，且第一支架顶部位于坩埚放置孔内；所述第二支架设于第一支架底部；所述坩埚置于坩埚放置孔内，且底部与第一支架顶部接触；所述上保温层设于保温桶的顶部；所述感应加热线圈环设于保温桶外侧壁上。

作为改进，所述保温桶为石英保温桶或石墨硬毡保温桶；保温桶的厚度为10-20mm。