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BaY_2F_8晶体生长及质量改善

作　者: 魏晓平
导　师: 阮永丰
学　校: 天津大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 晶体生长 温度梯度法 晶体开裂 离子极化
分类号: O782
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着激光技术的发展,激光晶体的研究也越来越受到重视。BaY2F8单晶作为一种优良的基质晶体,因其低折射率、低声子能量和易于离子掺杂的特性也备受国内外研究者的关注。对其进行不同离子掺杂可以产生不同波段的光,制成不同应用的激光器。纯BaY2F8单晶的生长工艺、结晶特性以及物理性质的研究会对各种稀土或过渡金属离子掺杂的BaY2F8单晶的制备有很好的借鉴和指导意义,因此生长出纯BaY2F8单晶是很有必要的,也是具有现实意义的。但国内外关于BaY2F8单晶的制备,大多是使用提拉法,而且晶体尺寸都不大,而采用温度梯度法有可能制备出大尺寸单晶。本文选用温度梯度法成功制备了纯BaY2F8单晶。晶体直径10mm,长40mm,质量较好。本文从成键理论分析了纯BaY2F8单晶相对于Er: BaY2F8单晶容易开裂的原因。Er以离子形式进入BaY2F8单晶中Y离子的位置,从而部分F-Y键变成了F-Er键。由于离子极化的原因,F-Er键要比F-Y键强,从而能承受住更大的热应力,因此要生长无宏观缺陷的纯BaY2F8单晶,我们需要在生长Er: BaY2F8单晶基础上改进工艺。在反复实践的基础上,本论文工作提出了以下改善晶体质量的方法:1.小温度梯度生长晶体。小的温度梯度,可以减小晶体中的热应力,有效预防晶体开裂和裂纹的产生。2.选用质量较好,挥发较少的石墨材料做坩埚。坩埚挥发严重,会使石墨进入熔融的原料中,和晶体一块生长。但由于碳原子和BaY2F8单晶中各个原子的大小相差都很大,因此会造成晶格畸变,使晶体质量下降。选用质量较好的材料做坩埚,可以有效的避免这个问题。3.改善径向温场。我们实验中获得的径向温场是凸界面的,这容易使生长的晶体产生气泡和云层,因此我们要尽量使径向温场水平。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 激光晶体材料的发展  7-8
  1.2 激光晶体简介  8-13
    1.2.1 概述  8
    1.2.2 基质晶体与激光晶体的分类  8-12
    1.2.3 激活离子  12-13
  1.3 激光晶体BaY_2F_8在军事上的应用  13-14
    1.3.1 海底通信和水下探测  13
    1.3.2 人眼安全激光雷达  13-14
    1.3.3 新型隐身涂料  14
  1.4 本文的工作  14-15
第二章 晶体生长概论  15-27
  2.1 晶体相变驱动力  15-16
  2.2 晶体生长理论模型  16-20
    2.2.1 完整光滑界面理论模型  17
    2.2.2 非完整光滑界面理论模型  17-18
    2.2.3 多层界面理论模型  18
    2.2.4 卡恩生长动力学统一理论  18-20
  2.3 晶体生长方法  20-27
    2.3.1 溶液法生长晶体  20
    2.3.2 水热法生长晶体  20-21
    2.3.3 助溶剂法生长晶体  21
    2.3.4 熔体中生长晶体  21-27
      2.3.4.1 提拉法  22-24
      2.3.4.2 温度梯度法  24-26
      2.3.4.3 区熔法  26
      2.3.4.4 焰熔法  26-27
第三章 BaY_2F_8晶体的生长  27-37
  3.1 BaY_2F_8晶体的性质与结构  27-28
  3.2 理论依据  28-30
  3.3 生长工艺及实验过程  30-35
    3.3.1 实验设备  30-33
    3.3.2 生长过程及参数选择  33-35
  3.4 结果与讨论  35-37
第四章 BaYF_8晶体质量改善  37-46
  4.1 BaY_2F_8相对Er：BaY_2F_8单晶容易开裂的原因  37-39
    4.1.1 BaY_2F_8单晶的键构分析  37-38
    4.1.2 离子极化  38-39
    4.1.3 结论  39
  4.2 温度梯度对BaY_2F_8晶体质量的影响  39-41
  4.3 坩埚材料对晶体质量的影响  41-43
    4.3.1 坩埚材料的选择  41-42
    4.3.2 坩埚材料挥发对晶体质量的影响  42-43
  4.4 径向温场对晶体质量的影响  43-46
第五章 结论  46-47
参考文献  47-51
发表论文和科研情况说明  51-52
致谢  52

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中图分类: > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体生长 > 晶体生长工艺
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