直径3英寸钆镓石榴石晶体生长及性能研究

程毛杰,张会丽,董昆鹏,权聪,胡伦珍,韩志远,孙敦陆*

(1中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所晶体材料研究室,安徽 合肥 230031;2中国科学技术大学,安徽 合肥 230026;3安徽省先进激光技术实验室,安徽 合肥 230037)

0 引言

磁光晶体和激光晶体一直是材料领域关注的热点。目前,磁光晶体在光学隔离器、磁光储存器、光纤通信以及集成光学器件等领域有着广泛的应用。这类材料多数采用液相外延法(LPE)在具有大晶格常数的单晶基片上生长,衬底基片的质量直接决定了磁光薄膜的性能。钇铁石榴石(YIG)以及类YIG是常见的磁光材料,GGG单晶的晶格常数(1.2380 nm)与钇铁石榴石的晶格常数(1.2376 nm)相匹配,因此被认为是适用于类YIG磁光外延膜生长的衬底材料[1]。此外,当今固体激光器在医学、工业、国防等领域发挥着不可替代的作用,人类的生活和工作对激光器质量要求也越来越高。激光晶体是固体激光器的核心器件,主要由激活离子和基质晶体两部分组成,基质晶体的性能直接决定着激光晶体的性能。钇铝石榴石(YAG)具有良好的光学性能、机械性能和热学性能,使其掺入激活离子后成为一种优异的激光材料[2]。虽然钆镓石榴石GGG的热导率略小于YAG,但其热容量较大,使其抗热冲击能力远大于YAG[3],是一种优良的热容激光晶体材料;而且由于Gd3+与Nd3+离子半径较为接近,使得Nd3+在GGG中的分凝系数比在YAG中的大,更容易实现高浓度掺杂。然而Ga2O3易挥发,晶体容易螺旋和组分偏离,这给生长带来了一定的困难。……