लेजर-हीटेड पेडस्टल ग्रोथ: Difference between revisions

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Crystallization
Process-of-Crystallization-200px.png
Fundamentals
Crystal · Crystal structure · Nucleation
Concepts
Crystallization · Crystal growth
Recrystallization · Seed crystal
Protocrystalline · Single crystal
Methods and technology
Boules
Bridgman–Stockbarger method
Van Arkel–de Boer process
Czochralski method
Epitaxy · Flux method
Fractional crystallization
Fractional freezing
Hydrothermal synthesis
Kyropoulos method
Laser-heated pedestal growth
Micro-pulling-down
Shaping processes in crystal growth
Skull crucible
Verneuil method
Zone melting

लेजर-हीटेड पेडस्टल ग्रोथ (LHPG) या लेजर फ्लोटिंग जोन (LFZ) एक क्रिस्टल विकास तकनीक है।जिसमे क्रिस्टल के एक संकीर्ण क्षेत्र को शक्तिशाली CO2 या YAG लेजर से पिघलाया जाता है।इस कारण यह लेज़र और तैरते हुए क्षेत्र क्रिस्टल के साथ चलता है। पिघला हुआ क्षेत्र अपने आगे के किनारे पर अशुद्ध ठोस को पिघला देता है और इसके पीछे यह ठोस पदार्थ की एक किरण छोड़ देता है। पिघले हुए द्रव (द्रव/ठोस चरण संक्रमण) से क्रिस्टल वृद्धि की इस तकनीक का उपयोग सामग्री अनुसंधान में किया जाता है।[1][2]

लाभ

इस तकनीक का मुख्य लाभ उच्च खींचने की दर (पारंपरिक कज़ोक्राल्स्की तकनीक से 60 गुना अधिक) और उच्च गलनांक वाली सामग्री को उत्पन्न करने की संभावना पर निर्भर करता है।[3][4][5]इसके अतिरिक्त LHPG एक कुल्हिया-मुक्त तकनीक है, जो एकल क्रिस्टल को उच्च शुद्धता और कम तनाव के साथ विकसित करने की अनुमति देती है।क्रिस्टल का ज्यामितीय आकार (तकनीक छोटे व्यास का उत्पादन कर सकती है), और कम उत्पादन लागत, LHPG द्वारा उत्पादित एकल-क्रिस्टल फाइबर (SCF) को कई उपकरणों में थोक क्रिस्टल के लिए उपयुक्त विकल्प के रूप में प्रयोग करता है, विशेष रूप से वे जो उच्च क्वथनांक बिंदु का उपयोग करते हैं।[6][7] यद्यपि तकनीकी उपकरणों में स्थानापन्न स्थापित करने के लिए एकल-क्रिस्टल फाइबर में थोक क्रिस्टल की तुलना में समान या बेहतर प्रकाशकीय और संरचनात्मक गुण होने चाहिए। इसे विकास स्थितियों को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके प्राप्त किया जा सकता है।[8][9][10]

प्रकाशीय तत्व

LFZ प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख

1980 तक, लेज़र-हीटेड क्रिस्टल विकास में स्रोत सामग्री पर केंद्रित केवल दो लेज़र बीम का उपयोग किया जाता था।[11] इस स्थिति ने पिघले हुए क्षेत्र में एक उच्च त्रिज्यीय उष्मीय अनुप्रवण उत्पन्न किया, जिससे प्रक्रिया अस्थिर हो गई। बीमों की संख्या बढ़ाकर चार करने से समस्या का समाधान नहीं हुआ,यद्यपि इससे विकास प्रक्रिया में सुधार हुआ।[12]लेजर-तापीय क्रिस्टल विकास तकनीक में सुधार फेजर एट अल द्वारा किया गया था।[13]जिन्होंने इसमें एक विशेष प्रकाशीय घटक को सम्मिलित  किया था जिसे रिफ्लेक्सिकॉन के रूप में जाना जाता है, जिसमें एक बड़े समाक्षीय शंकु खंड से घिरा एक आंतरिक शंकु दोनों परावर्तक सतहों के साथ सम्मिलित होता है। यह प्रकाशीय तत्व बेलनाकार लेजर बीम को एक बड़े व्यास वाले खोखले सिलेंडर की सतह में परिवर्तित करता है।[14] यह प्रकाशीय घटक पिघले हुए क्षेत्र पर लेजर ऊर्जा के त्रिज्यीय  वितरण की अनुमति देता है, जिससे त्रिज्यीय उष्मीय अनुप्रवन कम हो जाते हैं। इस तकनीक में अक्षीय तापमान प्रवणता 10000 डिग्री सेल्सियस/सेमी तक जा सकती है, जो पारंपरिक क्रिस्टल विकास तकनीकों (10-100 डिग्री सेल्सियस/सेमी) की तुलना में बहुत अधिक है।

संवहन गति

LHPG तकनीक की एक विशेषता मारंगोनी संवहन के कारण द्रव चरण में इसकी उच्च संवहन गति है।[15][16]इसके लिए यह देखना संभव है कि यह बहुत तेजी से घूमता है। यहां तक ​​कि जब यह स्थिर खड़ा प्रतीत होता है, तब भी यह वास्तव में अपनी धुरी पर तेजी से घूम रहा होता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Feigelson, R.S. (1985). "Growth of fiber crystals". In Kaldis, E (ed.). Crystal Growth of Electronic Materials. p. 127. ISBN 978-0-444-86919-7.
  2. ↑ Andreeta, M.R.B.; Hernandes, A.C. (2010). "Laser-Heated Pedestal Growth of Oxide Fibers". In Dhanaraj, G.; Byrappa, K.; Prasad, V.; Dudley, M. (eds.). Springer Handbook of Crystal Growth. p. 393. ISBN 978-3-540-74182-4.
  3. ↑ Ardila, D.R.; Andreeta, M.R.B.; Cuffini, S.L.; et al. (1997). "Laser heated pedestal growth of Sr2RuO4 single-crystal fibers from SrRuO3". Journal of Crystal Growth. 177 (1–2): 52–56. Bibcode:1997JCrGr.177...52A. doi:10.1016/S0022-0248(96)00904-9.
  4. ↑ De Camargo, A.S.S; Nunes, L.A.O.; Andreeta, M.R.B.; et al. (2002). "Near-infrared and upconversion properties of neodymium-doped RE0.8La0.2VO4 (RE = Y, Gd) single-crystal fibres grown by the laser-heated pedestal growth technique". Journal of Physics: Condensed Matter. 14 (50): 13889–13897. Bibcode:2002JPCM...1413889D. doi:10.1088/0953-8984/14/50/314. S2CID 250907003.
  5. ↑ De Vicente, F.S.; Hernandes, A.C.; De Castro, A.C.; et al. (1999). "Photoluminescence spectrum of rare earth doped zirconia fibre and power excitation dependence". Radiation Effects and Defects in Solids. 149 (1–4): 153–157. Bibcode:1999REDS..149..153D. doi:10.1080/10420159908230149.
  6. ↑ De Camargo, A.S.S.; Andreeta, M.R.B; Hernandes, A.C.; et al. (2006). "1.8 µm emission and excited state absorption in LHPG grown Gd0.8La0.2VO4:Tm3+ single crystal fibers for miniature lasers". Optical Materials. 28 (5): 551–555. Bibcode:2006OptMa..28..551D. doi:10.1016/j.optmat.2005.07.002.
  7. ↑ Romero, J.J.; Montoya, E.; Bausa, L.E.; et al. (2004). "Multiwavelength laser action of Nd3+:YAlO3 single crystals grown by the laser heated pedestal growth method". Optical Materials. 24 (4): 643–650. Bibcode:2004OptMa..24..643R. doi:10.1016/S0925-3467(03)00179-4. S2CID 95249182.
  8. ↑ Prokofiev, V.V.; Andreeta, J.P.; Delima, C.J.; et al. (1995). "Microstructure of single-crystal sillenite fibers". Radiation Effects and Defects in Solids. 134 (1–4): 209–211. Bibcode:1995REDS..134..209P. doi:10.1080/10420159508227216.
  9. ↑ Prokofiev, V.V.; Andreeta, J.P.; Delima, C.J.; et al. (1995). "The influence of temperature gradients on structural perfection of single-crystal sillenite fibers grown by the LHPG method". Optical Materials. 4 (4): 521–527. Bibcode:1995OptMa...4..521P. doi:10.1016/0925-3467(94)00123-5.
  10. ↑ Andreeta, M.R.B.; Andreeta, E.R.M.; Hernandes, A.C.; et al. (2002). "Thermal gradient control at the solid–liquid interface in the laser-heated pedestal growth technique". Journal of Crystal Growth. 234 (4): 759–761. Bibcode:2002JCrGr.234..759A. doi:10.1016/S0022-0248(01)01736-5.
  11. ↑ Burrus, C.A.; Stone, J. (1975). "Single−crystal fiber optical devices: A Nd:YAG fiber laser". Applied Physics Letters. 26 (6): 318. Bibcode:1975ApPhL..26..318B. doi:10.1063/1.88172.
  12. ↑ Haggerty, J.S. (1972). "Production of fibers by a floating zone fiber drawing technique, Final Report". NASA-CR-120948. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  13. ↑ Fejer, M.M.; Byer, R.L.; Feigelson R.; Kway W. (1982). "Growth and characterization of single crystal refractory oxide fibers". Proceedings of the SPIE, Advances in Infrared Fibers II. Vol. 320. Bellingham, WA: SPIE. p. 50. ISBN 978-0-89252-355-9.
  14. ↑ Edmonds, W.R. (1973). "The reflaxicon: a new reflective optical element, and some applications". Applied Optics. 12 (8): 1940–5. Bibcode:1973ApOpt..12.1940E. doi:10.1364/AO.12.001940. PMID 20125635.
  15. ↑ Liu, M.; Chen, J.C.; Chiang, C.H.; Hu, L.J.; Lin, S.P. (2006). "Mg-doped sapphire crystal fibers grown by laser-heated pedestal growth method". Japanese Journal of Applied Physics. 45 (1A): 194–199. Bibcode:2006JaJAP..45..194L. doi:10.1143/JJAP.45.194. S2CID 120615103.
  16. ↑ The video presented in the following reference shows the liquid phase convection during lithium niobate (LiNbO3) fiber pulling using a very small piece of platinum wire inside the liquid that is allowed to spin. "Convection in Laser Heated Pedestal Growth technique". YouTube.
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