坩埚下降法铌酸锂晶体下降法生长研究(3)

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国内外厂商采用电阻或中频感应加热炉生长出较大尺寸的人工单晶体。现在Crystal technology公司商业化的铌酸锂晶体直径已超过100mm，全世界的铌酸锂晶体生产规模每年以百吨计，应该说在产业化的人工单晶体中铌酸锂晶体不愧为最成功者之一。但是，随着应用领域的不断拓展和科技水平的进步，传统的同成分铌酸锂晶体难以满足越来越高的器件要求。因为传统的提拉法生长的铌酸锂晶体是固液同成分配比原料，在生长过程中锂（Li）元素从熔体中挥发，其Li元素的含量约在48.5±0.5%，而理想的化学分子式LiNbO3计量的Li元素含量为50%，Li原子的缺失造成晶体大量的空位缺陷，生长化学计量比的铌酸锂晶体技术上是非常困难的，因为这种理想的晶体必须是正确的化学成分和近乎完美的均匀性，也就是同一个晶体各部分的衍射指数保持相同。传统提拉法生长的“组分一致”的铌酸锂晶体具有良好的均匀性，但由于是非化学计量比，在周期性极化和相位匹配方面就不太令人满意，所以虽然均匀性很好但存在严重的结构性缺陷，这些缺陷会导致铌酸锂晶体的线性和非线性吸收，譬如当红外泵浦光通过周期性极化的铌酸锂晶体时，泵浦功率超过5W时产生的绿光不足1W，而通过化学计量比铌酸锂晶体可以得到2W以上的绿光输出[13]。

从Li2O-Nb2O5体系相图中（图2），铌酸锂晶体可以在1240℃与摩尔分数为48.6%的LiO2一致熔融。几乎所有的铌酸锂晶体是通过原料生长出来的，这样具有同成分熔体的原料通过传统提拉法来生长铌酸锂晶体。铌酸锂晶体在一个合适的温度一致熔融，垂直布里奇曼法是另外一个好的生长晶体的方法。有人应用了一种改进的布里奇曼工艺，成功长出大尺寸的压电晶体Li2B4O7。在最近的几年里，我们实验室用改进的布里奇曼法来生长大尺寸的铌酸锂晶体。