技術領域

本發明屬于激光晶體領域，具體涉及一種摻碳釔鋁石榴石晶體及其兩步法制備。

背景技術

YAG晶體的礦物名稱為摻碳釔鋁石榴石，分子式為Y₃Al₅O₁₂。YAG晶體具有優 良的物化和光學性能，是十分重要的襯底、窗口和基質材料。摻Nd的YAG晶體 (Nd:YAG)是目前應用最為廣泛的激光晶體；摻Ce的YAG晶體是性能優良的高光輸出快 衰減閃爍材料；摻Yb的YAG晶體是二極管泵浦全固態激光器的理想工作介質。但目前國 內還沒有對于摻碳釔鋁石榴石晶體的相關報道。

YAG晶體熔點為～1970℃，屬于高溫氧化物晶體，生長較為困難。目前國內外制備YAG 晶體主流的方法是提拉法(參見E.Kanchanavaleerat，et?al.，Optical?Materials，2004，26： 337-341；姜騰雨等，人工晶體學報，1996，25(3)：205-211)；偶爾有采用坩堝下降法(參見 Petrosyan?A.G.Crystal?growth?of?laser?oxides?in?the?vertical?Bridgman?configuration.J.Cryst. Growth，1994，139：372-392)和導向溫梯法(參見Zhou?Yongzong，J.Cryst.Growth，1986， 78：31-35)生長YAG晶體的報道。對于摻碳的石榴石(YAG:C)晶體來說，由于高溫下碳 容易揮發，采用傳統的工藝無法獲得高摻碳量和摻雜均勻的YAG:C晶體，從而限制晶體的 熱釋光和光釋光劑量學性能，嚴重影響晶體的穩定性。基于在先技術在生長YAG:C晶體方 面存在著局限性，因此，如何防止摻碳釔鋁石榴石晶體制備過程中碳的揮發，已經 成為本領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種摻碳釔鋁石榴石晶體(YAG:C晶體)及其兩步法制備。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種摻碳釔鋁石榴石晶體，其特征是在釔鋁石榴石晶體中摻入碳無素。

優選的，所述摻碳釔鋁石榴石晶體中，碳的摻雜量為晶體總質量的10～20000ppm。

更優選的，所述摻碳釔鋁石榴石晶體中碳的摻雜量為晶體總質量的2000～8000ppm。

本發明的摻碳釔鋁石榴石晶體的兩步法制備包括如下步驟：先生長YAG晶體，將YAG 晶體加工成YAG晶片，然后采用碳蒸發源對YAG晶片進行擴散滲碳處理，制得摻碳釔鋁 石榴石晶體。

優選的，所述YAG晶體由提拉法、下降法或溫梯法生長制得。

所述提拉法、下降法或溫梯法生長YAG晶體的方法，本領域技術人員可參考本領域現 有技術進行確定。

所述提拉法、下降法或溫梯法生長YAG晶體時所使用的各種原料的配比，本領域技術 人員可以根據YAG晶體分子式中Y和Al的摩爾比進行確定。

優選的，所述YAG晶片為長度為5～15mm、厚度為1～5mm雙面光學級拋光的YAG 晶片。

所述YAG晶體可由常規方法加工成YAG晶片，如切割法。

所述碳蒸發源選自碳粉或石墨。

所述采用碳蒸發源對YAG晶片進行擴散滲碳處理在置于晶體爐中的密封坩堝中進行； 處理溫度為2000～2200K；處理時間為1～120h；處理過程中，晶體爐的爐壓＜5×10^-3Pa。

優選的，所述擴散滲碳處理的處理溫度為2143～2193K，處理時間為24～72h。

優選的，所述擴散滲碳處理在還原氣氛中進行，所述還原氣氛更優選為氫氣氣氛。

優選的，所述密封坩堝為鉬坩堝。

優選的，所述晶體爐為鐘罩式真空電阻爐，該爐體的內部結構包括坩鍋，發熱體，保 溫層。坩鍋置于爐體的中心位置，下面有氧化鋯陶瓷坩堝托，其周圍是圓筒石墨發熱體， 發熱體的外圍有鉬保溫層，與發熱體相連的電極板有支撐環支撐，在支撐環內有下保溫屏， 穿過下保溫屏和電極板的中心伸到鍋托內有冷卻水支桿，測量溫度的鎢錸熱電偶置于坩鍋 底部，爐體之外附真空系統，穩壓電源和精密控溫系統。

所述摻碳釔鋁石榴石晶體中碳的摻雜量可以通過調整擴散滲碳處理的處理溫度和處理 時間來達到，擴散滲碳處理的處理溫度越高，處理時間越長，則晶體中碳的摻雜量越高。