МОНОКРИСТАЛЛ СО СТРУКТУРОЙ ТИПА ГРАНАТА, ОПТИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2014 года по МПК C30B29/28 G02F1/09 G02B1/02 H01S3/16 C30B15/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к монокристаллу со структурой типа граната, оптическому изолятору и устройству для лазерной обработки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Оптические изоляторы, содержащие вращатель Фарадея, вращающий плоскость поляризации падающего света с помощью приложения магнитного поля, в последние годы стали использоваться не только в оптической связи, но также и в устройствах для лазерной обработки.

Монокристаллы тербий-скандий-алюминиевых гранатов (TSAG: Tb₃Sc₂Al₃O₁₂) традиционно были известны как вращатели Фарадея, используемые в таких оптических изоляторах (см. следующий непатентный документ 1)

ДОКУМЕНТЫ УРОВНЯ ТЕХНИКИ

НЕПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Непатентный документ 1: Yoshikawa and 5 others. Chochralski Growth of Tb₃Sc₂Al₃O₁₂ Single Crystal for Faraday Rotator, Materials Research Bulletin, 2002, Vol. 37, pp. 1-10.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗАДАЧА, РЕШАЕМАЯ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

Несмотря на то что описанные в вышеупомянутом непатентном документе 1 монокристаллы со структурой типа граната являются прозрачными, были случаи, когда в монокристалле образовывались трещины.

Принимая во внимание вышесказанное, целью настоящего изобретения является создание монокристалла со структурой типа граната, являющегося прозрачным, и способного в достаточной степени ингибировать образование трещин, создание оптического изолятора и устройства для лазерной обработки.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

В результате проведения обширных исследований для решения вышеупомянутых задач, авторы настоящего изобретения обнаружили, что вышеупомянутые задачи могут быть решены замещением в монокристалле, описанном в непатентном документе 1, некоторой части тербия скандием, что привело к созданию настоящего изобретения.

То есть настоящее изобретение представляет собой монокристалл со структурой типа граната, представляемый следующей общей формулой

(Tb_3-xSc_x)(Sc_2-yAl_y)Al₃O_12-z (1)

(где x удовлетворяет условиям 0<x<0,1).

Такой монокристалл является прозрачным и способен в достаточной степени ингибировать образование трещин. Авторы настоящего изобретения предполагают, что причина, по которой образование трещин в достаточной степени ингибируется, состоит в том, что структура граната стабилизируется в результате замещения части тербия скандием.

Кроме того, вышеупомянутый кристалл со структурой типа граната предпочтительно используют для обеспечения вращателя Фарадея.

В вышеупомянутой общей формуле (1) y и z предпочтительно одновременно соответствуют формулам, указанным ниже.

0≤y≤0,2

0≤z≤0,3

В данном случае, по сравнению со случаем, когда y и z находятся за пределами вышеупомянутых диапазонов, снижение прозрачности монокристалла может быть в более значительной степени ингибировано.

В вышеупомянутой общей формуле (1) x, y и z более предпочтительно соответствуют формулам, указанным ниже.

0,05≤x≤0,07

0,07≤y≤0,11

0,08≤z≤0,12

Монокристалл, соответствующий вышеупомянутым формулам, имеет более высокую константу Верде при длине волны 1064 нм. Следовательно, монокристалл со структурой граната, соответствующий вышеупомянутым формулам, является весьма полезным в качестве монокристалла для вращателя Фарадея, используемого в оптическом изоляторе устройства для лазерной обработки, использующего Nd:YAG лазер в качестве своего источника излучения.

Кроме того, настоящее изобретение представляет собой оптический изолятор, содержащий вращатель Фарадея, и представляет собой оптический изолятор, в котором вышеупомянутый вращатель Фарадея сформирован из вышеупомянутого монокристалла со структурой типа граната.

В оптическом изоляторе по настоящему изобретению стоимость вращателя Фарадея может быть снижена, поскольку вращатель Фарадея формируют из вышеупомянутого монокристалла со структурой типа граната и вращатели Фарадея могут быть получены из вышеупомянутого монокристалла со структурой типа граната в больших количествах. Таким образом, стоимость может быть снижена благодаря использованию оптического изолятора по настоящему изобретению.

Кроме того, настоящее изобретение представляет собой устройство для лазерной обработки, содержащее вышеупомянутый оптический изолятор.

Согласно устройству для лазерной обработки по настоящему изобретению, абсорбция света монокристаллом со структурой типа граната низка, поскольку монокристалл со структурой типа граната является прозрачным. Следовательно, устойчивость оптического изолятора к повреждениям, вызываемым светом, может быть повышена. Более того, поскольку дефекты решетки и подобные им дефекты внутри кристалла могут быть ингибированы, может быть предотвращено образование трещин. Таким образом, срок службы оптического изолятора может быть увеличен. В результате частота замены оптического изолятора в устройстве для лазерной обработки может быть снижена.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ

В соответствии с настоящим изобретением обеспечиваются: монокристалл со структурой типа граната, который является прозрачным и способен в достаточной степени ингибировать образование трещин; оптический изолятор и устройство для лазерной обработки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой чертеж, на котором показан вариант осуществления оптического изолятора согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 представляет собой блок-схему, демонстрирующую процесс выращивания монокристалла со структурой типа граната согласно настоящему изобретению; и

Фиг.3 представляет собой схематический чертеж, на котором показан вариант осуществления устройства для лазерной обработки согласно настоящему изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее приводится подробное пояснение вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

Фиг.1 представляет собой чертеж, на котором показан вариант осуществления оптического изолятора по настоящему изобретению. Как показано на Фиг.1, оптический изолятор 10 обеспечен поляризатором 1, анализатором 2 и вращателем 3 Фарадея, расположенным между поляризатором 1 и анализатором 2. Здесь поляризатор 1 и анализатор 2 расположены так, что их оси прохождения не параллельны друг другу, а располагаются под некоторым углом, например, 45°.

К вращателю 3 Фарадея прилагают магнитное поле В, в направлении, например, от поляризатора 1 к анализатору 2 или, другими словами, в том направлении, в котором входит свет, и вращатель 3 Фарадея является таким, что в результате приложения магнитного поля B плоскость поляризации пропускаемого света L, который проходит через поляризатор 1, вращается так, что это побуждает свет проходить через ось прохождения анализатора 2.

Далее приводится подробное пояснение вращателя 3 Фарадея.

Вращатель 3 Фарадея составлен с помощью монокристалла со структурой типа граната для вращателя Фарадея, представленного следующей общей формулой:

(Tb_3-xSc_x)(Sc_2-yAl_y)Al₃O_12-z (1)

(где x удовлетворяет условиям 0<x<0,1). Здесь монокристалл, представленный вышеупомянутой общей формулой (1), представляет собой монокристалл тербий-скандий-алюминиевого граната. В данном случае монокристалл, представленный вышеупомянутой общей формулой (1), основан на Tb₃Sc₂Al₃O₁₂, и фрагмент (Sc_2-yAl_y) указывает на то, что часть Sc может быть заменена Al, в то время как фрагмент (Tb_3-xSc_x) указывает на то, что часть Tb замещается Sc. В соответствии с монокристаллом со структурой типа граната, представленным вышеупомянутой общей формулой (1), монокристалл является прозрачным, по меньшей мере, в области длин волн инфракрасного и видимого света и способен в достаточной степени ингибировать образование трещин при резке.

В вышеупомянутой общей формуле (1) x удовлетворяет условиям 0<x<0,1. Если x равен нулю, в монокристалле при резке образуются трещины. Если x равен 0,1 или больше, в кристалле кристаллизуется вторая фаза, тем самым предотвращая образование монокристалла. Предпочтительно x составляет от 0,04 до 0,09.

В вышеупомянутой формуле (1) y обычно составляет от 0 до 0,2, а предпочтительно от 0,02 до 0,2.

В вышеупомянутой формуле (1) z обычно составляет от 0 до 0,3, а предпочтительно от 0 до 0,2. Кроме того, в том случае, когда z не равен нулю, число атомов кислорода становится меньше чем 12, что является числом атомов кислорода в монокристалле со структурой типа граната, и это вызвано дефектами в монокристалле.

В частности, поскольку снижение пропускания, вызванное кислородными дефектами, ингибируется в более значительной степени, y и z предпочтительно одновременно соответствуют формулам, указанным для вышеупомянутой общей формулы 1 ниже.

0≤y≤0,2

0≤z≤0,3

В частности, для того, чтобы дополнительно повысить постоянную Верде в случае использования вращателя 3 Фарадея в оптическом изоляторе устройства для лазерной обработки, использующем Nd:YAG лазер (с длинной волны излучения - 1064 нм) в качестве своего источника излучения, x, y и z предпочтительно одновременно соответствуют общим формулам, указанным для вышеупомянутой общей формулы (1) ниже.

0,05≤x≤0,07

0,07≤y≤0,11

0,08≤z≤0,12

Далее приводится пояснение способа выращивания вышеупомянутого монокристалла.

Вначале, перед тем как перейти к пояснению способа, используемого для выращивания монокристалла, со ссылкой на Фиг.2 приводится пояснение конструкции устройства для выращивания кристаллов, используемого для выращивания вышеупомянутого монокристалла. Фиг.2 представляет собой блок-схему, на которой показан процесс для выращивания монокристалла со структурой типа граната для вращателя Фарадея согласно настоящему изобретению. Как показано на Фиг.2, устройство 20 для выращивания кристаллов в основном оснащается иридиевым тиглем 21, изготовленным из керамического материала трубчатым реактором 22, в который помещают тигель 21, и высокочастотной катушкой 23 индуктивности, намотанной на боковую поверхность трубчатого реактора 22. Высокочастотную катушку 23 индуктивности используют для нагревания тигля 21 путем создания наведенного тока в тигле 21.

Далее приводится пояснение способа выращивания вышеупомянутого монокристалла с использованием устройства 20 для выращивания кристаллов, описанного выше.

Вначале, готовят порошок Tb₄O₇, порошок Sc₂O₃ и порошок Al₂O₃.

Как только композицию монокристалла, который надлежит вырастить, а именно, x, y и z в вышеупомянутой общей формуле (1), определили, основываясь на этой композиции, определяют коэффициенты смешения порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃. На данном этапе, вышеупомянутые коэффициенты смешения порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃ являются такими, как указано ниже.

А именно, коэффициент смешения порошка Tb₄O₇ обычно составляет от 21,0% моль до 23,1% моль от общего числа молей порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃.

Коэффициент смешения порошка Sc₂O₃ обычно составляет от 30,8% моль до 33,5% моль от общего числа молей порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃.

Коэффициент смешения порошка Al₂O₃ обычно составляет от 45,0% моль до 46,1% моль от общего числа молей порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃.

Вышеупомянутые порошок Tb₄O₇, порошок Sc₂O₃ и порошок Al₂O₃ затем смешивают в сухом виде при указанных определенных коэффициентах смешения для получения смешанного порошка.

Далее вышеупомянутым смешанным порошком заполняют тигель 21.

Далее по высокочастотной катушке 23 индуктивности пропускают ток. Вследствие этого тигель 21 нагревается и смешанный порошок в тигле 21 плавится с образованием расплавленной жидкости 24. Далее готовят затравочный кристалл 25 в форме прутка, и, после погружения конца затравочного кристалла 25 в расплавленную жидкость 24, затравочный кристалл 25 поднимают с заданной скоростью подъема при вращении затравочного кристалла 25 с заданной скоростью вращения.

На данном этапе в качестве затравочного кристалла 25 может быть использован монокристалл со структурой типа граната, например иттрий-алюминиевый гранат (YAG).

Скорость вращения затравочного кристалла 25 предпочтительно составляет от 3 об/мин до 50 об/мин, а более предпочтительно от 3 об/мин до 10 об/мин.

Скорость поднятия затравочного кристалла 25 предпочтительно составляет от 0,1 мм/ч до 3 мм/ч, а более предпочтительно от 0,2 мм/ч до 1 мм/ч.

Затравочный кристалл 25 предпочтительно поднимают в атмосфере инертного газа, и в качестве инертного газа обычно используют азот. Кроме того, затравочный кристалл 25 обычно поднимают при атмосферном давлении.

Когда затравочный кристалл 25 поднимают таким образом, на конце затравочного кристалла 25 можно получить массивный монокристалл 26, представленный вышеупомянутой общей формулой (1).

Далее со ссылкой на Фиг.3 приводится подробное пояснение конструкции устройства для лазерной обработки по настоящему изобретению. При этом на Фиг.3 для обозначения элементов, соответствующих элементам или эквивалентных элементам на Фиг.1, используются те же ссылочные условные обозначения, и пропущены их дублирующие пояснения.

Фиг.3 представляет собой схематический чертеж, на котором показан вариант осуществления устройства для лазерной обработки по настоящему изобретению. Как показано на Фиг.3, устройство 100 для лазерной обработки оснащено источником 11 лазерного излучения и оптическим изолятором 10, расположенным на траектории прохождения P лазерного излучения L, излучаемого источником 11 лазерного излучения. Согласно конструкции этого устройства 100 для лазерной обработки, лазерное излучение L, испускаемое из источника 11 лазерного излучения, пропускается через оптический изолятор 10, позволяя тем самым проводить обработку этим испускаемым излучением обрабатываемого предмета Q.

Здесь, поскольку монокристалл со структурой типа граната, используемый для вращателя Фарадея оптического изолятора 10, является прозрачным, абсорбция излучения монокристаллом со структурой типа граната мала. Следовательно, устойчивость вращателя Фарадей 3 к повреждению излучением может быть увеличена.

Кроме того, поскольку вышеупомянутый монокристалл со структурой типа граната, используемый для вращателя 3 Фарадея, способен ингибировать дефекты решетки и им подобные дефекты внутри кристалла, может быть предотвращено образование трещин. Следовательно, срок службы оптического изолятора 10 может быть увеличен. В результате, частота замены оптического изолятора 10 в устройстве для лазерной обработки 10 может быть снижена.

В качестве источника 11 лазерного излучения может быть использован любой источник лазерного излучения, такой как Nd:YAG лазер, имеющий длину волны излучения 1064 нм или больше, или лазер на основе волокна, легированного иттербием, имеющий длину волны излучения 1080 нм. Кроме того, в качестве источника 11 лазерного излучения также может быть использован источник лазерного излучения, имеющий длину волны излучения меньше 1064 нм. Примером источника лазерного излучения, имеющего длину волны излучения меньше чем 1064 нм, является источник лазерного излучения, имеющий длину волны излучения от 400 нм до 700 нм. Примеры источников лазерного излучения, имеющих длину волны излучения от 400 нм до 700 нм, включают полупроводниковый лазер типа GaN, имеющий длину волны излучения 405 нм, и титан-сапфировый лазер, имеющий длину волны излучения 700 нм. Кроме того, длина волны излучения источника 11 лазерного излучения также может быть в пределах диапазона от 700 до 1064 нм, например, приблизительно 800 нм, или от 1030 нм до 1080 нм.

Кроме того, несмотря на то, что в вышеупомянутом варианте осуществления монокристалл со структурой типа граната используется в оптическом изоляторе устройства для лазерной обработки, применение монокристалла со структурой типа граната не ограничивается оптическим изолятором. Напротив, он может быть также использован для датчика магнитного поля и подобных датчиков, которые используют для наблюдения за изменениями магнитного поля путем измерения изменения угла вращения Фарадея при использовании вращателя Фарадея. Кроме того, монокристалл со структурой типа граната также может быть использован в областях применения, отличных от областей применения вращателя Фарадея.

Примеры

Хотя далее приводится более конкретное пояснение содержаний сущности настоящего изобретения посредством примеров, настоящее изобретение не ограничивается следующими примерами.

Пример 1

Сначала готовили порошок Tb₄O₇ (чистота 99,99%), порошок Sc₂O₃ (чистота 99,99%) и порошок Al₂O₃ (чистота 99,99%) с последующим смешением в сухом виде этих порошков для получения смешанного порошка. На данном этапе коэффициенты смешения порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, исходя из общего числа молей (100% моль) порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, составляли 23,1% моль, 30,8% моль и 46,1% моль, соответственно.

Далее вышеупомянутый смешанный порошок помещали в трубчатый тигель 21, имеющий диаметр 50 мм и глубину 50 мм.

Далее по высокочастотной катушке 23 индуктивности пропускали ток, чтобы расплавить смешанный порошок и получить расплавленную жидкость 24. Далее готовили затравочный кристалл 25 в форме квадратного прутка с размерами 3мм × 3мм × 70 мм, и составленного из YAG (иттрий-алюминиевого граната), и после погружения конца затравочного кристалла 25 в расплавленную жидкость 24 затравочный кристалл 25 поднимали со скоростью поднятия 1 мм/ч при вращении со скоростью 10 об/мин. На данном этапе, азоту позволяли протекать в трубчатом реакторе 22 со скоростью 2 л/мин, и затравочный кристалл 25 поднимали в атмосфере азота при атмосферном давлении. Таким образом получали прозрачный монокристалл, имеющий диаметр приблизительно 2,5 см и длину приблизительно 5 см.

Когда полученный таким образом монокристалл подвергли рентгеноструктурному анализу, было подтверждено наличие пиков, соответствующих Tb₃Sc₂Al₃O₁₂. Кроме того, в результате проведения структурного анализа полученного в итоге монокристалла с помощью рентгеноструктурного анализа с использованием аппарата Smart Apex, изготовленного Bruker AXS K.K., было подтверждено, что часть Tb была замещена Sc, а часть Sc была замещена Al, и что часть атомов кислорода была утрачена.

Кроме того, состав монокристалла (соотношения атомов Tb, Sc, Al и O) был подтвержден химическим анализом вышеупомянутого монокристалла с использованием индуктивно-связанной плазмы (ICP). Более конкретно, химический анализ с использованием ICP осуществляли описанным ниже образом. А именно, получали часть монокристалла путем отрезания 50 мг от нижнего конца вытянутой средней части монокристалла. Далее эту часть помещали в платиновый тигель и к нему добавляли 250 мг тетрабората лития. Затем платиновый тигель помещали в печь для высокотемпературного нагрева с последующим нагреванием в течение 2 часов при 1030°C для расплавления указанной части монокристалла.

В дальнейшем, после того как платиновому тиглю давали остыть, указанную часть помещали в мерный стакан на 50 мл и к нему добавляли 120 мл HCl. Далее стакан помещали на нагревательную плиту и осторожно нагревали до растворения каждой элементарной составляющей (Tb, Sc и Al) указанной части в HCl. На данном этапе полученный в результате в химическом стакане раствор доводили до объема 50 мл в мерном цилиндре и проводили химический анализ этого раствора с использованием ICP. В результате было подтверждено, что полученный монокристалл имел состав (Tb_2,96Sc_0,04)(Sc_1,87Al_0,13)Al₃O_11,9.

Пример 2

Сначала готовили порошок Tb₄O₇ (чистота 99,99%), порошок Sc₂O₃ (чистота 99,99%) и порошок Al₂O₃ (чистота 99,99%) с последующим смешением в сухом виде этих порошков для получения смешанного порошка. На данном этапе коэффициенты смешения порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, исходя из общего числа молей (100% моль) порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, составляли 22,1% моль, 32,1% моль и 45,8% моль, соответственно.

Далее вышеупомянутый смешанный порошок помещали в трубчатый тигель 21, имеющий диаметр 50 мм и глубину 50 мм.

В последующем выращивали монокристалл таким же образом, как и в примере 1. Таким образом получали прозрачный монокристалл, имеющий диаметр приблизительно 2,5 см и длину приблизительно 5 см.

Когда полученный таким образом монокристалл подвергли рентгеновской дифракции, было подтверждено наличие пиков, соответствующих Tb₃Sc₂Al₃O₁₂. Кроме того, в результате проведения структурного анализа полученного в итоге монокристалла с помощью рентгеноструктурного анализа, было подтверждено, что часть Tb была замещена Sc, а часть Sc была замещена Al, и что часть атомов кислорода была утрачена.

Кроме того, когда монокристалл подвергли химическому анализу с использованием ICP таким же образом, как и в примере 1, было подтверждено, что полученный монокристалл имел состав (Tb_2,94Sc_0,06)(Sc_1,91Al_0,09)Al₃O_11,9.

Пример 3

Сначала готовили порошок Tb₄O₇ (чистота 99,99%), порошок Sc₂O₃ (чистота 99,99%) и порошок Al₂O₃ (чистота 99,99%) с последующим смешением в сухом виде этих порошков для получения смешанного порошка. На данном этапе коэффициенты смешения порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, исходя из общего числа молей (100% моль) порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, составляли 21,2% моль, 33,3% моль и 45,5% моль, соответственно.

Далее вышеупомянутый смешанный порошок помещали в трубчатый тигель 21, имеющий диаметр 50 мм и глубину 50 мм.

В последующем выращивали монокристалл таким же образом, как и в примере 1. Таким образом получали прозрачный монокристалл, имеющий диаметр приблизительно 2,5 см и длину приблизительно 5 см.

Когда полученный таким образом монокристалл подвергли рентгеноструктурному анализу, было подтверждено наличие пиков, соответствующих Tb₃Sc₂Al₃O₁₂. Кроме того, в результате проведения структурного анализа полученного в итоге монокристалла с помощью рентгеноструктурного анализа, было подтверждено, что часть Tb была замещена Sc, а часть Sc была замещена Al, и что часть атомов кислорода была утрачена.

Кроме того, когда монокристалл подвергли химическому анализу с использованием ICP таким же образом, как и в примере 1, было подтверждено, что полученный монокристалл имел состав (Tb_2,91Sc_0,09)(Sc_1,97Al_0,03)Al₃O_11,9.

Пример 4

Сначала готовили порошок Tb₄O₇ (чистота 99,99%), порошок Sc₂O₃ (чистота 99,99%) и порошок Al₂O₃ (чистота 99,99%) с последующим смешением в сухом виде этих порошков для получения смешанного порошка. На данном этапе коэффициенты смешения порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, исходя из общего числа молей (100% моль) порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, составляли 22,6% моль, 31,4% моль и 46,0% моль, соответственно.

Далее вышеупомянутый смешанный порошок помещали в трубчатый тигель 21, имеющий диаметр 50 мм и глубину 50 мм.

В последующем выращивали монокристалл таким же образом, как и в примере 1. Таким образом получали прозрачный монокристалл, имеющий диаметр приблизительно 2,5 см и длину приблизительно 5 см.

Когда полученный таким образом монокристалл подвергли рентгеновской дифракции, было подтверждено наличие пиков, соответствующих Tb₃Sc₂Al₃O₁₂. Кроме того, в результате проведения структурного анализа полученного в итоге монокристалла с помощью рентгеноструктурного анализа, было подтверждено, что часть Tb была замещена Sc, а часть Sc была замещена Al, и что часть атомов кислорода была утрачена.

Кроме того, когда монокристалл подвергли химическому анализу с использованием ICP таким же образом, как и в примере 1, было подтверждено, что полученный монокристалл имел состав (Tb_2,99Sc_0,01)(Sc_1,85Al_0,15)Al₃O_11,9.

Сравнительный пример 1

Сначала готовили порошок Tb₄O₇ (чистота 99,99%), порошок Sc₂O₃ (чистота 99,99%) и порошок Al₂O₃ (чистота 99,99%) с последующим смешением в сухом виде этих порошков для получения смешанного порошка. На данном этапе коэффициенты смешения порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, исходя из общего числа молей (100% моль) порошка Tb₄O₇, порошка Sc₂O₃ и порошка Al₂O₃, составляли 22,7% моль, 31,3% моль и 46,0% моль, соответственно.

Далее вышеупомянутый смешанный порошок помещали в трубчатый тигель 21, имеющий диаметр 50 мм и глубину 50 мм.

В последующем выращивали монокристалл таким же образом, как и в примере 1. Таким образом получали прозрачный монокристалл, имеющий диаметр приблизительно 2,5 см и длину приблизительно 5 см.

Когда полученный таким образом монокристалл подвергли рентгеноструктурному анализу, было подтверждено наличие пиков, соответствующих Tb₃Sc₂Al₃O₁₂. Кроме того, в результате проведения структурного анализа полученного в итоге монокристалла с помощью рентгеноструктурного анализа, было подтверждено, что часть Sc была замещена Al и что часть атомов кислорода была утрачена.

Кроме того, когда монокристалл подвергли химическому анализу с использованием ICP таким же образом, как и в примере 1, было подтверждено, что полученный монокристалл имел состав Tb₃(Sc_1,85Al_0,15)Al₃O_11,8.

Оценка свойств

(1) Наличие трещин

От монокристаллов по примерам 1-4 и сравнительному примеру 1 с помощью режущего аппарата с внутренней режущей кромкой, оснащенного электроосажденным алмазным кругом, отрезали бруски толщиною приблизительно 2 см и полученные в результате монокристаллы визуально оценивали на наличие образовавшихся в процессе резки трещин. Результаты приведены в таблице 1.

(2) Угол вращения Фарадея

Для полученных описанным выше образом монокристаллов по примерам 1-4 и сравнительному примеру 1 измеряли углы вращения Фарадея при длинах волн 633 нм, 1064 нм и 1303 нм. Углы вращения Фарадея измеряли описанным ниже способом. А именно, анализатор вращали без расположения монокристалла между поляризатором и анализатором для того, чтобы создать погашенное состояние. Далее монокристаллы по примерам 1-4 и сравнительному примеру 1 вырезали в форме квадратных прутков с размерами 3,5 мм × 3,5 мм × 20 мм, каждый монокристалл помещали между поляризатором и анализатором и испускали свет при приложении магнитной индукции в 0,42 Т вдоль продольного направления монокристалла с последующим повторным вращением анализатора для того, чтобы создать погашенное состояние. Рассчитывали разность между углом поворота анализатора перед расположением монокристалла между поляризатором и анализатором и углом поворота анализатора после расположения монокристалла между ними, и эту разность между углами поворота принимали за угол вращения Фарадея. На данном этапе, измеряли углы вращения Фарадея для источников излучения с длинами волн 633 нм, 1064 нм и 1303 нм соответственно. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1   x y z Структурная формула Трещины Прозрачность Угол вращения Фарадея/градусы 633 нм 1064 нм 1303 нм Пример 1 0,04 0,13 0,1 (Tb_2,96Sc_0,04)(Sc_1,87Al_0,13)Al₃O_11,9 нет прозрачный 73,8 21,5 13,4 Пример 2 0,06 0,09 0,1 (Tb_2,94Sc_0,06)(Sc_1,91Al_0,09)Al₃O_11,9 нет прозрачный 75,1 21,9 14,0 Пример 3 0,09 0,03 0,1 (Tb_2,91Sc_0,09)(Sc_1,97Al_0,03)Al₃O_11,9 нет прозрачный 73,5 21,4 13,2 Пример 4 0,01 0,15 0,2 (Tb_2,99Sc_0,01)(Sc_1,85Al_0,15)Al₃O_11,8 нет прозрачный 73,2 21,2 12,8 Ср. Пример 1 0 0,15 0,2 Tb₃(Sc_1,85Al_0,15)Al₃O_11,8 есть прозрачный 72,8 21,0 12,7

Согласно результатам, приведенным в таблице 1, было обнаружено, что монокристаллы по примерам 1-4 являлись прозрачными и были способны в достаточной степени ингибировать образование трещин в процессе резки. В отличие от этого, хотя монокристалл по сравнительному примеру 1 был прозрачным, было обнаружено, что он подвержен образованию трещин при резке.

На основании вышеизложенного было подтверждено, что монокристалл со структурой типа граната по настоящему изобретению является прозрачным и позволяет в достаточной степени ингибировать образование трещин.

ПОЯСНЕНИЕ ССЫЛОЧНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Поляризатор

2 Анализатор

3 Вращатель Фарадея

10 Оптический изолятор

100 Устройство для лазерной обработки.

Изобретение относится к монокристаллу со структурой типа граната, который может быть использован в оптической связи и устройствах для лазерной обработки. Данный монокристалл представлен общей формулой

(Tb_3-xSc_x)(Sc_2-yAl_y)Al₃O_12-z, где 0<x<0,1; 0≤y≤0,2; 0≤z≤0,3, является прозрачным и способен ингибировать образование трещин в процессе резки. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 5 пр.

1. Монокристалл со структурой типа граната, представленный следующей общей формулой

где x, y и z в общей формуле (1) удовлетворяют формулам, указанным ниже:
0<x<0,1
0≤y≤0,2
0≤z≤0,3.

2. Монокристалл со структурой типа граната по п.1, который используется для вращателя Фарадея.

3. Монокристалл со структурой типа граната по п.1 или 2, в котором x, y и z в общей формуле (1) соответствуют формулам, указанным ниже:
0,05≤x≤0,07
0,07≤y≤0,11
0,08≤z≤0,12.

4. Оптический изолятор, содержащий вращатель Фарадея, в котором вращатель Фарадея сформирован из монокристалла со структурой типа граната по п.1 или 2.

5. Устройство для лазерной обработки, содержащее оптический изолятор по п.4.