[发明专利]一种光功能晶体硼酸钙氧钬及其生长方法与应用

权利要求书

1.光功能晶体硼酸钙氧钬，应用在激光和非线性光学领域，作为激光晶体、非线性光学晶体或自倍频晶体使用；化学式为HoCa₄O(BO₃)₃，具有非中心对称结构，属于单斜晶系m点群，Cm空间群，晶胞参数a = 8.090 Å，b = 16.018 Å，c = 3.532 Å，β= 101.28 °，熔点1358^oC，室温到熔点无相变；

所述硼酸钙氧钬晶体的结晶学轴（a，b，c）与光学主轴（X，Y，Z）的夹角为（a，Z）=26.91°,（c，X）=15.63°；结晶学轴b与光学主轴Y反向，光学主轴X，Y，Z遵循右手螺旋法则；所述硼酸钙氧钬晶体在680-1080 nm, 1220-1800 nm, 2120-2850 nm波段有80-85%的高光学透过率；

硼酸钙氧钬光功能晶体的生长方法，包括：

（1）多晶料合成

根据硼酸钙氧钬的化学式HoCa₄O(BO₃)₃，按照化学计量比称取原料CaCO₃、H₃BO₃、Ho₂O₃，在此基础上进一步使H₃BO₃过量其总质量2%质量百分比；

将上述称量好的原料进行研磨和混合均匀后装入陶瓷坩埚内进行一次烧结，烧结温度为900-960 ^oC并恒温10-20小时，然后降温，将一次烧结的原料进行研磨细化并混合均匀，压成圆柱状料块进行二次烧结，烧结温度为1100-1300 ^oC并且恒温20-40小时，经固相反应得到硼酸钙氧钬多晶料；所述原料的一次烧结、二次烧结均在陶瓷坩埚内进行，两次烧结均在富氧条件下进行，避免因Ho元素的变价对晶体质量所产生的影响；

（2）多晶料熔化

将步骤（1）合成的硼酸钙氧钬多晶料放入单晶生长炉内的铱金坩埚中，炉内抽真空并且充入保护气体氮气或者氩气，采用中频感应加热方式将硼酸钙氧钬多晶料升温至熔化，采用分批多次加料的方式，用融化后的多晶料将铱金坩埚填满，多晶料全熔后降温使其凝结，然后再次升温使其全部熔化，如此重复若干次直至重新出现液流对流，排净熔体中产生的气泡；然后再将熔体过热20~30 ^oC，恒温0.5-2小时，得到熔化均匀的硼酸钙氧钬熔液；

（3）提拉法晶体生长

采用硼酸钙氧构型的晶体作为籽晶，将籽晶下到硼酸钙氧钬熔液液面，使籽晶底端与熔液垂直且刚好接触，开始进行单晶生长；晶体生长过程包括收颈、放肩、等径生长和提脱四个阶段，生长温度1300-1400 ^oC。

2.根据权利要求1所述的光功能晶体硼酸钙氧钬，其特征在于，提脱晶体后，将晶体以15-30 ^oC /h的速率降至室温，得到硼酸钙氧钬晶体；从单晶生长炉内取出硼酸钙氧钬晶体后，将其进行退火处理，退火温度为800-1000 ^oC，退火时间为70-75小时，使硼酸钙氧钬晶体生长过程中产生的热应力得到充分释放。

3.根据权利要求1所述的光功能晶体硼酸钙氧钬，其特征在于，步骤（3）中，籽晶晶向为(010)向，所述的籽晶是将 YCa₄O(BO₃)₃、GdCa₄O(BO₃)₃、SmCOB、TbCOB 或 LuCOB 同构型晶体沿其结晶轴 (010) 方向进行加工，获得 (010) 向籽晶。