【摘 要】
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磁光效应是指光与磁光物质相互作用所产生的各种光学现象,包括法拉第效应、克尔效应等。具有磁光效应的材料叫做磁光材料,包括磁光晶体、磁光陶瓷、磁光薄膜。作为一类重要的磁光材料,磁光晶体具有Verdet常数高、光学质量好、导热好和损伤阈值高等优点,广泛应用于调制器、隔离器、磁光传感器等各种光学器件。其中,钇铁石榴石(Y3Fe5O12,YIG)晶体是红外波段中应用最广的磁光晶体,在5G通讯、电子对抗、激光
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磁光效应是指光与磁光物质相互作用所产生的各种光学现象,包括法拉第效应、克尔效应等。具有磁光效应的材料叫做磁光材料,包括磁光晶体、磁光陶瓷、磁光薄膜。作为一类重要的磁光材料,磁光晶体具有Verdet常数高、光学质量好、导热好和损伤阈值高等优点,广泛应用于调制器、隔离器、磁光传感器等各种光学器件。其中,钇铁石榴石(Y3Fe5O12,YIG)晶体是红外波段中应用最广的磁光晶体,在5G通讯、电子对抗、激光调制等领域具有重要地位。但是,大尺寸YIG晶体的生长一直是困扰其应用的技术难题。目前,YIG厚膜晶体主要采用LPE方法制备,商业应用的体块单晶一直未能突破。本论文采用自主创新的助熔剂-坩埚下降法生长技术,通过坩埚设计、温场控制以及工艺优化,生长出厘米级YIG晶体,并对所得晶体进行表征,为高质量、大尺寸钇铁石榴石(YIG)晶体生长探索一条新途径。本文采用固相法合成YIG纯相多晶料,最佳烧结温度为1350℃,保温时间为12-24h,低于此温度会出现杂相。在晶体生长实验中,为了减少坩埚腐蚀带来的漏料,我们设计并使用了双层铂金坩埚,采用PbO-B2O3复合助熔剂,在坩埚下降法生长炉中生长YIG晶体;为了获得大尺寸晶体,我们设计了快速成核工艺程序,将原来20天以上的生长周期缩短到不足5天。生长工艺优化后,晶体获得率显著提高,一炉可得多个10-25mm、具有显著结晶学小面的块状晶体。所得晶体呈现为规则的多面体,XRD分析表明其为YIG晶体。将晶块按[111]方向加工成晶片,用于性能测试和缺陷分析。在偏光显微镜下观察到包裹物、裂纹、晶界等宏观缺陷,SEM分析表明包裹物内部主要是PbO助熔剂。初步测试了晶体的物理性能,其透光率在1300~3000nm范围内均超过75%,饱和磁化强度达到25emu/g。
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