激光基座法晶体生长LHPG课件.ppt

1、激光基座法晶体生长（激光基座法晶体生长（LHPG）技术的发展及应用技术的发展及应用 2009年10月.一、激光基座法（一、激光基座法（LHPG）技术的简介）技术的简介 二、激光基座法设备及改进二、激光基座法设备及改进 三、激光基座法技术的应用三、激光基座法技术的应用四、初步的设想四、初步的设想 .一、一、LHPG技术简介技术简介1、激光是一种很好的加热源、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、激光区熔分类.3、LHPG技术的原理技术的原理.

2、4、LHPG技术的发展历程技术的发展历程早期的尝试早期的尝试 1969年Eichhoff和Grs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 Multiple Beam Laser Systems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

3、术制备单晶纤维可采用的技术：the EFG method;pulling through a die;float-zone(pedestal)growth;solidification in capillary tubes;capillary drawing;pressurized capillary-fed growth.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技术的发展历程技术的发展历程.83年年Stanford 大学大学 M.M.Fejer等人开发出等人开发出laser-heated miniature pedestal grow

4、th apparatus 4、LHPG技术的发展历程技术的发展历程 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,the most versatile and simplest 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年美国年美国Glenn Research Center推出商推出商品化的设备品化的设备 Laser Float-Zone Pro

5、cess Improvements改进的光学系统得到广泛的采用，英国、德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、超导材涉及光学材料、功能材料、半导体、超导材料及高温结构材料料及高温结构材料4、LHPG技术发展历程技术发展历程.二、激光基座法设备及改进二、激光基座法设备及改进 Laser heated fiber growth furnace特点特点：生长陶瓷纤维生长陶瓷纤维 Multi-WaveTM pyromet

6、er 测量范围测量范围3000oC 测量微区测量微区75微米微米 应用：应用：NASAs High Temperature Engine Material Program USAF Office of Scientific Research.美国俄核俄州美国俄核俄州Lewis Research Center.设设 备备 原原 理理 图图.Block diagram of fiber growth apparatus.光学系统光学系统 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.机械系统机械系统 丝杠传动丝杠传动皮带（树脂）皮带（树脂）传动传动 状态可

7、锁直流电机（状态可锁直流电机（100ms速度调节速度调节100：1）.直径测量系统直径测量系统 直径辨析直径辨析 0.02%,轴向辨析轴向辨析5m,测量频率测量频率1KHz.日本日本Yasuyuki Sugiyama等制备等制备SBN:60(1993)Growth speed 0.22.5mm/minAfterheater 200300.台湾国立大学台湾国立大学JYH-Chen等在激光区熔设备中等在激光区熔设备中加入热成像设备对熔体进行控制（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的改良激光加热区熔

8、设备（1999年12月）a large range of pressure(100 mbar up to 100 bar).三、激光基座法技术的应用三、激光基座法技术的应用93年Massachusetts Institute of Technology,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

9、Dr james、H.Sharp利用此技术生产纤维光学传感器.01年台湾Chao-Chang Hu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Breck Hitz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.MaterialCommon NameDiameter(micron)ApplicationAl

10、2O3Sapphire55-800Beam DeliveryAl2O3:Cr3+Ruby3-170LaserAl2O3:Ti3+Ti:sapphire200-800LaserLu2O3:Cr600LaserNb2O5700-1700Optical Prop.Sc2O3:Cr600LaserTiO2500-1000Material StudyY2O3:Cr600LaserY2O3:Eu500-800Laser简单氧化物.MaterialDiameter(micron)ApplicationB9C200ThermoelectricBi2Sr2CaCu2O8250-1000Superconducto

11、rBi1.8Sr1.8Ca1.2Cu2.2O8250-1000SuperconductorCo100-600MagneticsFe100-600MagneticsFe-Co100-600MagneticsGe200IR GuideLaB6200Cathode FilamentNb200SuperconductorSi200ModelSEMI/SUPERCONDUCTORS&METALLICS.PEROVSKITES MaterialCommon NameDiameter(micron)ApplicationBaTiO3Barium Titantate300-800FerroelectricBa

12、TiO3Barium Titantate300-800FerroelectricLiNbO3Lithium Niobate20-800NLO,SAWLiNbO3:Nd3+600LaserLiNbO3:MgO 50-200NLO,Laser HostLiTaO3Lithium Tantalate600SAWSrTiO3Strontium Titanate600Optical Prop.YAlO3:TiYAP:Ti500-1000Laser.LHPG技术的特点应用广泛，功能强大应用广泛，功能强大技术成熟，开发风险不大技术成熟，开发风险不大国内有应用需求国内有应用需求.初步设想初步设想.初步设想初步设想基本结构基本结构 激光源：100150W,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 机械系统：丝杠 电机：能锁定纤维和原棒的速率比，运行稳定 直径测量、反馈调节系统,设计。测温系统可以不要.激光区熔模式的选择激光区熔模式的选择 水平区熔、垂直区熔？水平区熔、垂直区熔？基座法、普通区熔法？基座法、普通区熔法？.谢谢 谢！谢！.