导模提拉法生长掺铈钇铁石榴石磁光晶体的研究

掺铈钇铁石榴石磁光（Ce:YIG）晶体具有大的法拉第旋转及磁光优值、小的温度系数和饱和磁化场，优良的材料物理化学性质等优点，是当前应用最广泛最具有发展前景的磁光晶体材料。本项目在晶体生长方法上进行创新，采用改进的导模提拉法，通过研究晶体生长和缺陷产生机理，调制晶体生长时的熔体成分、拉速、转速、气氛等参数，获得大尺寸、高光学质量的掺铈钇铁石榴石单晶。同时通过研究导模提拉法生长Ce:YIG晶体的生长和缺陷产生机理，为其它非同成分熔融化合物晶体的生长提供参考与借鉴。项目预计在国内外核心刊物上发表论文5-10篇，申请发明专利1项以上。

本项目采用导模提拉(EFG)法生长了Co:TiO2、TAG、YFeO3、Ce,Ga:YIG和Ce,Ga:GIG系列磁光晶体，系统地研究了熔体组分、温场、生长速率、导模模块设计等因素对晶体质量的影响，探讨了导模提拉法生长非同成分熔融化合物晶体的生长机理和包裹等晶体缺陷的产生机理。研究结果表明，导模提拉法生长非同成分熔融化合物晶体的机理与高温溶液法生长机理类似，组分过冷是晶体包裹物缺陷产生的主要原因。将生长的晶体置于纯氧气氛下高温退火，可以有效地消除晶体中的氧空位缺陷和Fe2+离子，提高晶体透过率。通过掺入Eu3+、V5+等调整熔体组分，可以抑制Ce4+的产生并提高了Ce3+有效分凝系数。在导模提拉法生长系列晶体的研究基础上，通过优化生长参数，获得了大尺寸、高质量的Ce,Ga:YIG、Ce,Ga:GIG系列磁光晶体用于热学、磁学、光学、机械性质等方面性质的测试表征。测试结果表明，导模提拉法可以获得掺杂浓度分布均匀的Ce,Ga:YIG和Ce,Ga:GIG晶体；镓掺杂有利于提高晶体质量并减小饱和磁化场，铈离子掺入可以提高晶体的居里温度和透过率，并可大大提高晶体的比法拉第旋转角。相对于Ce,Ga:YIG晶体，Ce,Ga:GIG具有更好的磁光性能，有必要对其进行进一步深入系统的研究。导模提拉法成功生长了非同成分熔融的Ce,Ga:YIG和Ce,Ga:GIG晶体，将为其他这类晶体的生长提供很好的参考与借鉴。