Способ выращивания монокристалла двойного цезий-литий бората cslib6o10
Изобретение относится к получению нелинейно-оптического монокристалла двойного цезий-литий бората CsLiB6O10 из раствор-расплава на затравку путем снижения температуры расплава. Состав раствор-расплава определен областью ABCDE фазовой диаграммы системы (Cs2O + Li2O) - B2O3 - MoO3 со следующими координатами точек, мол.доли: А: Li2O - 0,15; Cs2O - 0,15; B2O3 - 0,70; MoO3 - 0; B: Li2O - 0,17; Cs2O - 0,17; B2O3 - 0,60; MoO3 - 0,06; C: Li2O - 0,16; Cs2O - 0,16; B2O3 - 0,54; MoO3 - 0,14; D: Li2O - 0,13; Cs2O - 0,13; B2O3 - 0,60; MoO3 - 0,14; E: Li2O - 0,10; Cs2O - 0,10; B2O3 - 0,80; MoO3 - 0. Используют затравку, ориентированную в направлении [011], а снижение температуры расплава проводят от 810-840 до 770-800oC со скоростью 1-2oC/сутки. Применение растворителя MoO3 с низкой вязкостью, а также проведение роста в направлении [011] обеспечивает возможность получения крупных монокристаллов CLBO с размером до 555017 мм3, характеризующихся высокими показателями оптического качества, что позволяет изготавливать оптические элементы размером до 101015 мм3. 2 ил.
Изобретение относится к области выращивания монокристаллов из раствор-расплавов, в частности монокристалла двойного цезий-литий бората CsLiB6O10(CLBO), применяемого для преобразования частоты лазерного излучения.
Известен способ синтеза соединения CsLiB6O10, согласно которому получают кристаллы размером 131210 см из расплава исходных компонентов Li2CO3, Cs2CO3 и B2O3 методом Киропулоса на затравку [1]. Данным способом показана возможность синтеза кристаллов заданного состава, пригодных для генерации гармоники лазерного излучения, и рассмотрена структура полученного соединения. Известен способ выращивания монокристалла двойного цезий - литий бората из стехиометрического расплава или из раствор-расплава из чистого раствора исходных компонентов или с введением в раствор добавки B2O3 или Cs2O, Li2O[2-4]. Кристаллы выращивают на затравку при снижении температуры от 845oC до 844oC со скоростью снижения температуры около 0,1oC/сутки. Получены кристаллы CLBO размером 29х20х22 мм3. Однако при проведении роста в системе (Cs2O + Li2O) - B2O3 с избытком или недостатком B2O3 по отношению к стехиометрическому составу осуществлять процесс технологически сложно вследствие высокой вязкости расплава, склонности к переохлаждению и массовой кристаллизации. Это приводит к получению кристаллов с макровключениями растворителя. Для повышения оптического качества и усовершенствования технологии роста при получении кристаллов CLBO из раствор-расплава на затравку путем снижения температуры расплава выращивание проводят на затравку, ориентированную в направлении [011] , из расплава системы (Cs2O+Li2O) - B2O3 - MoO3, состав которой определен областью ABCDE фазовой диаграммы системы, при снижении температуры от 810 - 840 до 770 - 800oC со скоростью снижения 1 - 2oC/сутки, при этом координаты системы определены точками мол. доли: A: Li2O-0,15; Cs2O-0,15; B2O3-0,70; MoO3-0 B: Li2O- 0,17; Cs2-0,17; B2O3-0,60; MoO3-0,06 C: Li2O-0,16; Cs2O-0,16; B2O3-0,54; MoO3-0,14 D: Li2O-0,13; Cs2O-0,13; B2O3-0,60; MoO3-0,14 E: Li2O-0,10; Cs2O-0,10; B2O3 -0,80; MoO3-0. На фиг. 1 представлена фазовая диаграмма системы, на которой изображена заявляемая область ABCDE кристаллизации CLBO и отрезок концентраций AE по прототипу; на фиг. 2 - фотография кристалла CLBO высокого оптического качества размером 55х50х17 мм3 без включений растворителя. Диаграмма изучена методом спонтанной кристаллизации. Результаты исследования фазовой диаграммы показали, что кристаллизация за пределами указанной области приводит к образованию боратов другого состава. Заявляемые составы системы могут быть использованы в различных методах выращивания CLBO из раствор-расплава методом снижения температуры, как без вытягивания, так и с вытягиванием. Выбранное направление ориентации затравки [011] обусловлено тем, что в этом направлении кристалл не растет вглубь расплава, обеспечивая хорошую естественную конвекцию в расплаве, отсутствие застойных зон и, как следствие, отсутствие включений растворителя во всем объеме кристалла, что позволяет максимально использовать полезный объем материала при изготовлении оптических элементов. Использование растворителя с низкой вязкостью (MoO3) приводит к снижению температуры ростового плава вплоть до 770oC и обеспечивает возможность управления процессом роста. Таким образом, заявленная совокупность признаков обеспечивает получение кристаллов CLBO, максимальные размеры которых составляют 55х50х17 мм3, характеризующихся высокими показателями оптического качества и возможностью изготовления оптических элементов размером до 10х10х15 мм3. Пример. Для получения кристалла CLBO использован расплав состава, мол. доли: Cs2O-0,15; Li2O-0,15; B2O3-0,62; MoO3-0,08. Навески исходных реактивов: Cs2CO3 осч - 240,90 г; Li2CO3 осч - 54,65 г; B2O3 осч - 212,75г; MoO3 чда - 56,8 г механически перемешивают, смесь загружают в платиновый тигель объемом 400 см3 и помещают в печь при температуре 850oC для получения расплава. Для гомогенизации плав нагревают до 950oC, затем охлаждают на 5oC выше температуры начала кристаллизации. После стабилизации температуры в расплав вносят на платиновом стержне затравку из монокристалла CLBO, ориентированную в направлении [011], и начинают рост при снижении температуры со скоростью 1 - 2oC/сутки. Через 20 суток (500 час) кристалл достигает размера 55х50х17 мм3 без включений во всем объеме. После чего его поднимают над поверхностью расплава. Снижение температуры до комнатной проводят со скоростью 10oC/час. Источники информации 1. Acta Crystallogr/, Sect.C: Cryst. Struct. Commun., 1995, C51(11), p. 2222-4. 2. Патентная заявка ЕР 94-693581, опубл. 18.07.95, кл. C 30 B 15/00. 3. Appl. Phys. Lett., 1995, v. 67 (13), 25, h. 1818-1890. 4. J. Cryst. Growth, 1995, v. 156, p. 307-309 (прототип).Формула изобретения
Способ выращивания монокристалла двойного цезий-литий бората CsLiB6O10 из раствор-расплава на затравку путем снижения температуры расплава, отличающийся тем, что рост ведут из расплава, состав которого определен областью ABCDE фазовой диаграммы системы (Cs2O+Li2O)-B2O3-MoO3 со следующими координатами точек, мол. доли: A: Li2O - 0,15; Cs2O - 0,15; B2O3 - 0,70; MoO3 - 0; B: Li2O - 0,17; Cs2O - 0,17; B2O3 - 0,60; MoO3 - 0,06;C: Li2O - 0,16; Cs2O - 0,16; B2O3 - 0,54; MoO3 - 0,14;
D: Li2O - 0,13; Cs2O - 0,13; B2O3 - 0,60; MoO3 - 0,14;
E: Li2O - 0,10; Cs2O - 0,10; B2O3 - 0,80; MoO3 - 0,
затравку используют, ориентированную в направлении [011], а снижение температуры расплава проводят от 810 - 840 до 770-800oC со скоростью 1-2oC/сутки.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2