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1、Nd：GGG晶体生长及组分过冷研究第13卷第3期2007年6月功能材料与器件JOURNALOFFUNCTIONALMATERIALSANDDEVICESVol」3.No.3Jun.,2007文章编号:1007—4252(2007)03—0281—04Nd:GGG晶体生长及组分过冷研究李建立，孙晶，曾繁明,万玉春，张亮，刘景和(长春理工大学，长春130022)摘要:本文采用提拉法生长了Nd:GGG品体，对品体组分过冷产生机理进行了研究.扫描电镜及其能谱分析结果表明组分过冷在晶体中产生了空洞,不同部位空洞中的成分分别为GdGa:O,Gd,GaO和GdG
2、aO,,观察了因组分过冷产生的位错,并讨论了克服组分过冷的措施.关键词:Nd:GGG晶体;组分过冷;SEM屮图分类号：0782.6文献标识码:AGrowthandconstitutionalsupercoolingofNd:GGGcrystalLIJian-li,SUNJing,ZENGFan-ming,WANYu?chun,ZHANGLiang,LIUJing-he(ChangchunUniversityofScienceandTechnology,Changchun130022,China)Abstract:Nd:GGGcrystalwasgr
3、ownbyCzmethod,andthemechanismofconstitutionalsupercoolingwasstudied.TheresultswasshownthatthecavitieswasformedinNd:GGGcrystal,andthecomponentsofthecavitieswereGd4Ga209,Gd3GaO6andGdGaO3,atthesametime,thedislocationformedduringconstitutionalsupercooling,wasobserved.Atlast,themea
4、suretoovercometheconstitutionalsupercoolingwasdicussed・Keywords:Nd:GGGcrystal;constitutionalsupercooling;SEM0引言近年来由于激光二极管(LD)技术的进步，使得Nd:GGG激光晶体优异的激光特性在全固化高功率激光器中倍发受重视,Nd:GGG有着远高于枚玻璃的机械强度，热导率,可以实现晶体的快速冷却;有很高的激光效率，转换效率为钱玻璃的两倍•所以被美国LawrenceLivermore国家实验室选为lOOkw短程战略固体热容激光武器的激光工作介质
5、••・木文介绍了Nd:GGG高功率激光晶体牛长并分析了晶体组分过冷的产生机理及克服措施.1实验1.1晶体生长将合成的Nd:GGG多晶原料装炉进行晶体生长,牛长掺枚轧镣石榴石晶体所用设备为DJL一400型单晶炉，采用中频感应加热，利用欧陆表进行精密控温,1甘烟为铁金1甘烟，尺寸为dp60mmX45mm,热电偶位于圮竭外顶部，靠近圮竭外边缘，以增加控温精度•采用提拉法，利用微缩籽晶技术生长Nd:GGG晶体.拉速为3mm/h,转速为15r/min,降温速率为25cC/h.生长气氛为98%氮气,2%氧气生长出的晶体如图1所示.收稿口期:2006—05—25
6、;修订口期:2006—08—28作者简介:李建立(1956一)，男，吉林人,高级工程师.282功能材料与器件13卷一Fig」Nd:GGGcrystal图lNd:GGG晶体1.2表征方法利用日木JEOL公司牛产的JXA一840型扫描电镜观察了晶体组分过冷形成的空洞形貌，并用能谱分析方法计算了不同空洞中元素的含量;利用美国PErkin—ELMERLambda9UV/VIS/NIR分光光度计测试Nd:GGG晶体在700〜850nm波段内的吸收光谱•狭逢宽度为2nm,扫描速度为60nm/min,响应时问为1S.采用英国的荧光光谱仪测试Nd:GGG晶体的荧光
7、发射.2结果与讨论2.1Nd:GGG晶体组分过冷产生机理Nd:GGG晶体生长过程中出现了组分过冷，溶质偏聚十分严重，晶体不透明并且开裂严重，这样的晶体往往是废品.如图1所示的晶体.首先假设熔体屮溶质的传输机制只是扩散•已知熔液凝固点关于溶质浓度的表达式为：(CL)二To+mCL(l)式中,c为溶质浓度;m为斜率,(C)为溶液凝I古I点，为纯溶剂的凝固点.边界层屮溶质浓度关于坐标位置的表达式为：CL()=CL{1+(1一ko)/koexp(—vz/D)(2)式中，为晶体牛长速率;为平衡分凝系数;D为溶质的扩散系数;代表固定于固液界面上的运动坐标系.将
8、⑵式代人⑴式，得到⑶式:T()=To+mCL{1+(1一ko)/koexp(—vz/⑶所以，我们得到产生组分过冷的临界条件
