一种硅酸镓铽磁光压电晶体及其生长方法
技术领域
本发明属于磁光压电晶体生长技术领域，具体涉及一种硅酸镓铽磁光压电晶体及其生长方法。
背景技术
有一类十分有趣的晶体，当你对它挤压或拉伸时，它的两端就会产生不同的电荷。这种效应被称为压电效应。能产生压电效应的晶体就叫压电晶体。水晶（α-石英）是一种有名的压电晶体。常见的压电晶体还有：闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs、钛酸钡及其衍生结构晶体、KH2PO4、NaKC4H4O6·4H2O(罗息盐)、食糖等。还有一种晶体叫磁光晶体，磁光晶体是一类重要的光电子功能材料，利用其自身独特的Faraday 效应可制作光学隔离器、激光调制器、磁光开关、光纤电流传感器以及其它光电磁转换功能的磁光器件，是目前光通讯、光网络以及信息处理等系统急需的战略高技术材料。压电和磁光是晶体的两种重要特征，现有技术中还未有晶体结构具备磁光和压电两种功能特征。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，而提供一种硅酸镓铽磁光压电晶体结构及其生长方法。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种硅酸镓铽磁光压电晶体，该晶体的分子式为Tb3Ga5SiO14。
一种制备硅酸镓铽磁光压电晶体的方法，包括以下步骤：
（1）初始原料的合成：按Tb3Ga5SiO14化学计量比准确称取纯度大于99.99%的Tb4O7、SiO2和Ga2O3，考虑到Ga2O3挥发，Ga2O3需2%过量，将它们混合均匀、压片，然后进行高温烧结，获得晶体生长所需的初始原料；
（2）单晶生长：将初始原料装入晶体生长的坩埚容器中，放入单晶提拉炉内，以高纯N和O的混合气体为保护气氛下进行单晶提拉，拉速为0.4～3.2 mm／h，转速为5.5～25 r／min；生长时间为6～16天，生长出直径2-4英寸的晶体，长为10～150mm硅酸镓铽磁光压电晶体；
（3）晶体退火；当晶体生长结束后，将晶体提升，高出熔体表面4 ～ 15mm，然后缓慢退火至室温，降温速率为7 ～ 70℃ /h，即得硅酸镓铽磁光压电晶体，再对其进行切割、抛光，用乙醇擦洗干净，获得所要尺寸的硅酸镓铽磁光压电晶体。
与已有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明可获得高光学质量、较大尺寸、物理性能优良的硅酸镓铽磁光压电晶体。该磁光晶体具有优良的磁光效应和压电效应，其费尔德常数（Verdetconstant）高于目前商品化应用的掺铽玻璃及铽镓石榴石（TGG）晶体。同时，本发明磁光压电晶体在400 ～ 1500nm 波段，除485nm 附近有Tb3+ 离子的特征吸收峰外，其他波段均表现出较高的透过率。特别在可见光波段400 ～ 650nm 处，本发明磁光压电晶体的透过率较TGG 晶体有明显的增大，其作为磁光压电材料，在该波段将有更好的应用前景。此外，本发明磁光压电晶体为一致熔融化合物，可采用中频感应提拉法生长，其生长工艺简单、周期短，能够实现大规模低成本的批量生产。
附图说明
图1为本发明磁光测试曲线图；
图2为本发明压电性能测试参数图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：
按Tb3Ga5SiO14化学计量比准确称取好纯度为大于99.99%的Tb4O7、SiO2和Ga2O3，考虑到Ga2O3挥发，Ga2O3需2%过量，将以上原料放入混料机中混合研磨均匀、压片，然后进行高温烧结，获得晶体生长所需的初始原料，将初始原料装入晶体生长的坩埚容器中，放入单晶提拉炉内，以高纯N和O的混合气体为保护气氛下进行单晶提拉，拉速为0.4mm／h，转速为5.5 r／min；生长时间为6天，生长出直接为30mm，厚度为60mm的硅酸镓铽磁光压电晶体；当晶体生长结束后，将晶体提升，高出熔体表面4 mm，然后缓慢退火至室温，降温速率为20℃ /h，即得硅酸镓铽磁光压电晶体，获得硅酸镓铽磁光压电晶体。
实施例2：
按Tb3Ga5SiO14化学计量比准确称取好纯度为大于99.99%的Tb4O7、SiO2和Ga2O3，考虑到Ga2O3挥发，Ga2O3需2%过量，将以上原料放入混料机中混合研磨均匀、压片，然后进行高温烧结，获得晶体生长所需的初始原料，将初始原料装入晶体生长的坩埚容器中，放入单晶提拉炉内，以高纯N和O的混合气体为保护气氛下进行单晶提拉，拉速为2 mm／h，转速为10 r／min；生长时间为15天，生长出直接为75mm，长度为100mm的硅酸镓铽磁光压电晶体；当晶体生长结束后，将晶体提升，高出熔体表面5mm，然后缓慢退火至室温，降温速率为10℃ /h，即得硅酸镓铽磁光压电晶体，再对其进行切割、抛光，获得所需尺寸的硅酸镓铽磁光压电晶体。
实施例3：
按Tb3Ga5SiO14化学计量比准确称取好纯度为大于99.99%的Tb4O7、SiO2和Ga2O3，考虑到Ga2O3挥发，Ga2O3需2%过量，将以上原料放入混料装置中混合研磨均匀、压片，然后进行高温烧结，获得晶体生长所需的初始原料，将初始原料装入晶体生长的坩埚容器中，放入单晶提拉炉内，以高纯N和O的混合气体为保护气氛下进行单晶提拉，拉速为3.2 mm／h，转速为14r／min；生长时间为16天，生长出直接85mm，长度为150mm的硅酸镓铽磁光压电晶体；当晶体生长结束后，将晶体提升，高出熔体表面7mm，然后缓慢退火至室温，降温速率为15℃ /h，即得硅酸镓铽磁光压电晶体，再对其进行切割、抛光，获得所需尺寸的硅酸镓铽磁光压电晶体。
磁光和压电性能测试：
磁光测试：通过消光比测试，得出消光比均大于40dB以上，透过曲线如附图1所示：
压电性能测试：
参见附图2，使用Keithley 2410测量仪测量硅酸镓铽磁光压电晶体从室温到900摄氏度高温范围内的电阻，用多频率LCR测量仪（HP 4284A）测量硅酸镓铽磁光压电晶体从室温到900摄氏度高温范围内的介电性能，用谐振和反谐振法（HP 4294A精密阻抗分析仪）测量硅酸镓铽磁光压电晶体从室温到900摄氏度高温范围内的谐振和反谐振频率。
以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。
