激光基座法晶体生长LHPG课件

激光基座法晶体生长（LHPG）技术的发展及应用

2009年10月.一、激光基座法（LHPG）技术的简介

二、激光基座法设备及改进

三、激光基座法技术的应用四、初步的设想

.一、LHPG技术简介1、激光是一种很好的加热源特点：a很高的能量密度，几乎可以熔化所有难熔材料；b能量集中，可得到很高的温度梯度；c直接照射在材料上，不需坩埚，不引入杂质，而且不受气氛的影响。2、激光区熔分类.3、LHPG技术的原理.4、LHPG技术的发展历程早期的尝试1969年Eichhoff和Gürs红宝石浮区生长

1970年

Gasson和Cockayne其他氧化物

70年代中期Burrus和Stone首次采用LHPG技术制备红宝石、Nd:Y2O、Nd:YAG单晶纤维制微型固体激光器优势：提高器件的效率、提高能量密度以及降低阀值，引起人们对该技术的关注

MultipleBeamLaserSystems的设计，生长的晶体表面质量不能保证、应用受到限制

.80年代光纤通讯的发展对单晶纤维需求激光材料、光电调节器、光电开关、耦合器、绝缘体、传输线路、远程传感等

制备单晶纤维可采用的技术：

①theEFGmethod;②pullingthroughadie;③float-zone(pedestal)growth;④solidificationincapillarytubes;⑤capillarydrawing;⑥pressurizedcapillary-fedgrowth.LHPG技术优势明显：速度快（mm/min级）、无污染、受材料限制小、纤维成份可调等4、LHPG技术的发展历程.83年Stanford大学

M.M.Fejer等人开发出laser-heatedminiaturepedestalgrowthapparatus

4、LHPG技术的发展历程直径起伏0.1%-1%、光学损失<2%/mm，平均每天可制备单晶纤维14根.

4、LHPG技术的发展历程1986年，R.S.Feigelson采用该技术制备单晶纤维，对LHPG技术很高的评价：fast,inexpensive,themostversatileandsimplest并认为该技术也是材料研究的强大工具，尤其是研究晶体缺陷、亚稳生长、共晶凝固、铁电筹形成等。

.1988年美国GlennResearchCenter推出商品化的设备

LaserFloat-ZoneProcessImprovements改进的光学系统得到广泛的采用，英国、德国、日本、巴西、葡萄牙、台湾等开始开发和利用类似的设备进行材料研究，研究范围涉及光学材料、功能材料、半导体、超导材料及高温结构材料

4、LHPG技术发展历程.二、激光基座法设备及改进

Laserheatedfibergrowthfurnace特点：

生长陶瓷纤维

Multi-WaveTMpyrometer

测量范围~3000oC

测量微区75微米

应用：

NASA’sHighTemperatureEngineMaterialProgramUSAFOfficeofScientificResearch

.美国俄核俄州LewisResearchCenter.设备原理图.Blockdiagramoffibergrowthapparatus.光学系统激光源：15W偏振波导CO2激光，输出能量起伏小于1%电光能量控制系统、新颖的聚焦系统

.机械系统丝杠传动→皮带（树脂）传动状态可锁直流电机（100ms速度调节100：1）.直径测量系统

直径辨析<0.02%,轴向辨析5μm,测量频率1KHz.日本YasuyukiSugiyama等制备SBN:60(1993)Growthspeed0.2~2.5mm/minAfterheater200~300℃

.台湾国立大学JYH-Chen等在激光区熔设备中加入热成像设备对熔体进行控制（1994）D.Reyes等，在介质和等静压环境生长晶体的改良激光加热区熔设备（1999年12月）

alargerangeofpressure(100mbarup

to100bar)

.三、激光基座法技术的应用93年MassachusettsInstituteofTechnology,J.Sigalovsky等制备MgAl2O4,用于研究高温复合材料的强化纤维93年Yasuyuki利用该技术研究铌酸钡锶非线性光学材料94年巴西圣保罗大学Prokofiev等利用该技术研究光存储材料Bi12SiO20、Bi12TiO2097年Y.Waku等采用该技术制备氧化物共晶复合材料，并在nature发表文章90年代开始，英国格拉斯哥大学Drjames、H.Sharp利用此技术生产纤维光学传感器.01年台湾Chao-ChangHu等用该技术研究YIG（钇铁石榴石）单晶纤维的制备01年德国歌德大学F.Bullesfeld等用该技术研究巨磁效应材料La(1-x)SrxMnO3的生长03年格伦研究中心用该技术制备出一种单晶高温氧化物，高温蠕变后100%变形恢复04年BreckHitz制备出有良好激光参数的Nd:YVO4单晶04年葡萄牙Aveiro大学Carrasco等研究了电场对Bi2Sr2Ca2Cu4O11超导纤维制备的影响.MaterialCommonNameDiameter(micron)ApplicationAl2O3Sapphire55-800BeamDeliveryAl2O3:Cr3+Ruby3-170LaserAl2O3:Ti3+Ti:sapphire200-800LaserLu2O3:Cr600LaserNb2O5700-1700OpticalProp.Sc2O3:Cr600LaserTiO2500-1000MaterialStudyY2O3:Cr600LaserY2O3:Eu500-800Laser简单氧化物.MaterialDiameter(micron)ApplicationB9C200ThermoelectricBi2Sr2CaCu2O8250-1000SuperconductorBi1.8Sr1.8Ca1.2Cu2.2O8250-1000SuperconductorCo100-600MagneticsFe100-600MagneticsFe-Co100-600MagneticsGe200IRGuideLaB6200CathodeFilamentNb200SuperconductorSi200ModelSEMI/SUPERCONDUCTORS&METALLICS

.PEROVSKITES

MaterialCommonNameDiameter(micron)ApplicationBaTiO3BariumTitantate300-800FerroelectricBaTiO3BariumTitantate300-800FerroelectricLiNbO3LithiumNiobate20-800NLO,SAWLiNbO3:Nd3+

600LaserLiNbO3:MgO

50-200NLO,LaserHostLiTaO3LithiumTantalate600SAWSrTiO3StrontiumTitanate600OpticalProp.YAlO3:TiYAP:Ti500-1000Laser.LHPG技术的特点应用广泛，功能强大技术成熟，开发风险不大国内有应用需求.初步设想.初步设想基本结构

激光源：100~150W,激光腔水冷，能量起伏小；光学系统：聚焦镜上置，激光聚焦尽量可调