KDy(WO4)2晶体的TSSG法生长及磁光性能研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0108

人工晶体学报 ›› 2026, Vol. 55 ›› Issue (9): 1363-1370.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0108

KDy(WO₄)₂晶体的TSSG法生长及磁光性能研究

袁亚舟¹^,²(), 陈丹风², 姜喜亮², 冯桂青², 许谢铭¹, 徐刘伟¹^,², 王帅华¹^,²(), 吴少凡¹^,²

^1.闽都创新实验室（中国福建光电信息科学与技术创新实验室），福州 350108
^2.中国科学院福建物质结构研究所，功能晶体与器件全国重点实验室，福州 350002

收稿日期:2026-06-02 出版日期:2026-09-20 发布日期:2026-09-29
通信作者: 王帅华，博士，正高级工程师。E-mail：shwang@fjirsm.ac.cn
作者简介:袁亚舟（1999—），男，江苏省人，博士研究生。E-mail：yuanyazhou@fjoel.cn
王帅华，博士生导师，国家级青年人才，福建省科技创新领军人才，福建省杰青，中国晶体学会唐有祺青年学者。作为项目负责人，承担国家自然基金委重点等项目25项，发表文章50余篇，授权发明专利20余件，荣获省部级科技奖3项。长期从事磁光等功能晶体与器件应用研究，相关成果已经在国家重大工程与战略性新兴产业获得应用。
基金资助:
功能晶体与器件全国重点实验室自主部署项目(GNJT-2025-QN04);功能晶体与器件全国重点实验室自主部署项目(GNJT-2025-ZD06);福建省制造业技术创新重点攻关及产业化项目(2026G025);福建省自然科学基金(2024J011313);福州市科技项目(2025-SG-015);福州市科技项目(2026-SG-023);闽都创新实验室自主部署项目(2024CXY109)

TSSG Method Growth and Magneto-Optical Properties of KDy(WO₄)₂ Crystals

YUAN Yazhou¹^,²(), CHEN Danfeng², JIANG Xiliang², FENG Guiqing², XU Xieming¹, XU Liuwei¹^,², WANG Shuaihua¹^,²(), WU Shaofan¹^,²

^1.Fujian Science & Technology Innovation Laboratory for Optoelectronic Information of China，Fuzhou 350108，China
^2.State Key Laboratory of Functional Crystals and Devices，Fujian Institute of Research on the Structure of Matter，Chinese Academy of Sciences，Fuzhou 350002，China

Received:2026-06-02 Online:2026-09-20 Published:2026-09-29

摘要/Abstract

摘要： 本文采用顶部籽晶溶液生长（TSSG）法成功生长了尺寸为40 mm×40 mm×15 mm的KDy（WO₄）₂（KDW）晶体，并系统研究了其晶体结构、光学质量、热学性能、激光诱导损伤阈值和磁光性能。摇摆曲线显示KDW（020）晶片的半峰全宽为0.071 2°，表明晶体具有较好结晶质量。透过率曲线表明，KDW（020）晶片在可见-近红外波段具有较高透过率。单晶X射线衍射（SCXRD）精修结果表明，KDW晶体属于单斜I2/a空间群，［DyO₈］、［WO₆］和［KO₁₀］基团共同构成晶体骨架。拉曼光谱中［WO₆］相关振动模式与单斜KRe（WO₄）₂体系相匹配。热学测试表明，KDW晶体在298 K下的热导率、热扩散系数和比热容分别为3.792 W/（m·K）、1.692 mm²/s和0.307 J/（g·K）。在1 064 nm、10 ns条件下，KDW（020）晶片的激光诱导损伤阈值为745.1 MW/cm²。基于消光法测得KDW晶体在405、532和635 nm下的Verdet常数分别为-208.30、-82.17和-54.01 rad/（m·T），对应磁光品质因子（FOM）分别为768.21、615.77和412.52 （°）/T。本研究表明，KDW晶体兼具良好热学/抗损伤性能及可见光法拉第旋转能力，是一种具有潜力的可见-近红外磁光晶体。

关键词: 磁光晶体; KDW; 钨酸盐; TSSG法; Verdet常数; 晶体生长

Abstract: In this paper， KDy（WO₄）₂（KDW） crystal with a size of 40 mm × 40 mm × 15 mm was successfully grown by top-seeded solution growth （TSSG） method. The crystal structural， optical quality， thermal properties， laser induced damage threshold and magneto-optical properties of KDW crystal were comprehensively studied. The rocking curve shows that the full width at half-maximum of KDW （020） wafer is 0.071 2°， indicating that the crystal has good crystal quality. The transmittance curve shows that the KDW （020） wafer has a high transmittance in the visible-near infrared band. The results of single crystal X-ray diffraction （SCXRD） refinement show that KDW crystal belongs to monoclinic I2/a space group， and ［DyO₈］，［WO₆］ and ［KO₁₀］ groups constitute the crystal skeleton. The ［WO₆］-related vibration mode in Raman spectra matches the monoclinic KRe（WO₄）₂ system.Thermal tests indicate that the thermal conductivity， thermal diffusion coefficient and specific heat capacity of KDW crystal at 298 K are 3.792 W/（m·K）， 1.692 mm²/s and 0.307 J/（g·K）， respectively. The laser induced damage threshold of KDW （020） wafer is 745.1 MW/cm² at 1 064 nm and 10 ns. Based on the extinction method， the Verdet constants of KDW crystal at 405， 532 and 635 nm are -208.30， -82.17 and -54.01 rad/（m·T）， respectively， and the corresponding magneto-optical figure of merit （FOM） are 768.21， 615.77 and 412.52（°）/T， respectively. This study shows that KDW crystal has excellent thermal/damage resistant properties and good visible Faraday rotation ability， and is a competitive magneto-optical crystal in visible-near infrared band.

Key words: magneto-optical crystal; KDW; tungstate; TSSG method; Verdet constant; crystal growth

中图分类号:

O782

袁亚舟, 陈丹风, 姜喜亮, 冯桂青, 许谢铭, 徐刘伟, 王帅华, 吴少凡. KDy(WO₄)₂晶体的TSSG法生长及磁光性能研究[J]. 人工晶体学报, 2026, 55(9): 1363-1370.

YUAN Yazhou, CHEN Danfeng, JIANG Xiliang, FENG Guiqing, XU Xieming, XU Liuwei, WANG Shuaihua, WU Shaofan. TSSG Method Growth and Magneto-Optical Properties of KDy(WO₄)₂ Crystals[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(9): 1363-1370.

图/表 5

图1 KDW晶体的物相和光学表征。（a）实物照片；（b）KDW（020）晶片摇摆曲线；（c）KDW（020）晶片的线透过率曲线；（d）KDW晶体拉曼光谱

Fig.1 Phase and optical characterization of KDW crystal. （a） Physical photo；（b） rocking curve of KDW （020） wafer；（c） line transmittance curve of KDW （020） wafer；（d） Raman spectrum of KDW crystal

图2 KDW晶体结构示意图（a），以及KGW和KDW晶体中［WO6］基团（b）、［ReO8］基团（c）和［KO10］基团（d）的结构对比

Fig.2 Schematic diagram of KDW crystal structure （a） and structural comparison of ［WO6］ group （b），［ReO8］ group （c）， and ［KO10］ group （d） in KGW and KDW crystals

表1 KDW的晶体数据及结构精修

Table 1 Crystal data and structural refinement for KDW

Formula	KDW
Formula weight	697.30
Temperature/K	295
λ/Å	0.710 73
Crystal system	Monoclinic
Space group	I2/a
a/Å	7.570 0（4）
b/Å	10.385 0（5）
c/Å	8.094 5（5）
α/（°）	90
β/（°）	94.350（5）
γ/（°）	90
V′/Å³	634.51（6）
Z	4
ρ_calcd/（g·cm^-3）	7.299
μ/mm^-1	48.485
F（000）	1 188
θ/（°）	3.197~24.706
Index range	-8≤h≤8 -12≤k≤12 -9≤l≤9
Reflections collected/unique	1 636/543
R_int	0.047 0
GOF on F²	1.077
R₁/wR₂ ［F_o²>2σ（F_o²）］^a	0.025 9/0.057 3
R₁/wR₂ （all data）	0.028 5/0.058 6
Extinction coefficient	0.015 4（5）
^aR₁（F）=∑\|\|F_o\|-\|F_c\|\|/∑\|F_o\|； wR₂（F_o²）=［∑w（F_o²-F_c²）²/∑w（F_o²）²］^1/2

图3 KDW晶体的热学性能。（a）热导率；（b）热扩散系数；（c）比热容；（d）激光诱导损伤阈值

Fig.3 Thermal properties of KDW crystal. （a） Thermal conductivity；（b） thermal diffusion coefficient；（c） specific heat capacity；（d） laser induced damage threshold

图4 KDW晶体的磁光Verdet常数（a）和磁光FOM（b）

Fig.4 Magneto-optical Verdet constant （a） and magneto-optical FOM （b） of KDW crystal

参考文献 13

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KDy(WO₄)₂晶体的TSSG法生长及磁光性能研究

TSSG Method Growth and Magneto-Optical Properties of KDy(WO₄)₂ Crystals

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