TSAG晶体的生长及性能研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0114

人工晶体学报 ›› 2026, Vol. 55 ›› Issue (9): 1357-1362.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0114

TSAG晶体的生长及性能研究

窦仁勤¹^,², 杨明亮¹^,², 王小飞¹^,², 王新宇³, 刘文鹏¹^,², 高进云¹^,², 罗建乔¹^,², 张庆礼¹^,²()

^1.中国科学院合肥物质科学研究院，安徽光学精密机械研究所，光子器件与材料安徽省重点实验室，合肥 230031
^2.先进激光技术安徽省实验室，合肥 230037
^3.中国科学院长春应用化学研究所，长春 130022

收稿日期:2026-06-09 出版日期:2026-09-20 发布日期:2026-09-29
通信作者: 张庆礼，博士，教授。E-mail：zql@aiofm.ac.cn
作者简介:窦仁勤（1987—），女，安徽省人，博士，副研究员，《人工晶体学报》青年编委，2017年获得中国科学技术大学博士学位，同年进入中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所工作，主要从事激光晶体与磁光晶体生长及性能研究。E-mail：drq0564@aiofm.ac.cn
张庆礼，云南省人，2001年毕业于中国科学技术大学物理系，同年进入中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所工作，主要研究领域为人工晶体生长、发光物理等，兼任《人工晶体学报》编委、《量子电子学报》副主编、中国感光学会理事等。
基金资助:
国家重点研发计划(2023YFB3507403)

Growth and Properties of TSAG Crystal

DOU Renqin¹^,², YANG Mingliang¹^,², WANG Xiaofei¹^,², WANG Xinyu³, LIU Wenpeng¹^,², GAO Jinyun¹^,², LUO Jianqiao¹^,², ZHANG Qingli¹^,²()

^1.Anhui Provincial Key Laboratory of Photonic Devices and Materials，Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics，Hefei Institutes of Physical Science，Chinese Academy of Sciences，Hefei 230031，China
^2.Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province，Hefei 230037，China
^3.Changchun Institute of Applied Chemistry，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130022，China

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

摘要/Abstract

摘要： 铽钪铝石榴石（Tb₃Sc₂Al₃O₁₂， TSAG）晶体是具有优异磁光性能的新型磁光晶体，在高功率激光中有望获得广泛应用。但TSAG晶体的应力大、易开裂问题限制了光学元件的加工及实际应用。为提高晶体品质，本文针对TSAG晶体应力大的问题，系统研究了晶体生长方向和径向的组分分布规律，通过优化生长工艺提升TSAG晶体的组分均匀性，成功制备出Φ45 mm×100 mm的低应力TSAG晶体。加工出的TSAG晶体元件的吸收损耗系数为0.19%/cm，测得3 mm口径隔离器的最小隔离度达到36.19 dB。进一步详细研究TSAG晶体不同方向的磁光性能，其中［100］方向的维尔德常数最大，为51.38 rad·m^-1·T^-1，有利于实现隔离器的小型化。本研究结果表明，低应力TSAG晶体的成功研制，有望实现TSAG晶体在高功率激光系统中的应用。

关键词: 磁光晶体; TSAG晶体; 晶体生长; 组分分布; 隔离器件; 磁光性能

Abstract: Terbium scandium aluminum garnet （Tb₃Sc₂Al₃O₁₂， TSAG） crystal is a novel magneto-optic crystal with outstanding magneto-optical properties， which holds great promise for wide applications in high-power lasers. However， the high stress and susceptibility of TSAG crystal to cracking restrict the processing and practical utilization of corresponding optical components. To improve the crystal quality， this paper focused on the high stress problem in TSAG crystal and systematically investigated the composition distribution along the crystal growth direction and radial direction. By optimizing the crystal growth process， the composition uniformity of TSAG crystal was effectively enhanced， and Φ45 mm×100 mm low-stress TSAG crystal was successfully grown. The fabricated TSAG crystal component exhibits an absorption loss coefficient of 0.19%/cm， and the developed isolator with a 3 mm clear aperture achieves a minimum isolation of 36.19 dB. The magneto-optical properties of TSAG crystals in different directions are further studied in detail. The crystal in the ［100］ direction possesses the maximum Verdet constant （51.38 rad·m^-1·T^-1）， which is beneficial for the miniaturization of isolators. The research results demonstrate that the successful development of low-stress TSAG crystal is expected to realize the application of TSAG crystal in high-power laser system.

Key words: magneto-optical crystal; TSAG crystal; crystal growth; composition distribution; isolation device; magneto-optical property

中图分类号:

窦仁勤, 杨明亮, 王小飞, 王新宇, 刘文鹏, 高进云, 罗建乔, 张庆礼. TSAG晶体的生长及性能研究[J]. 人工晶体学报, 2026, 55(9): 1357-1362.

DOU Renqin, YANG Mingliang, WANG Xiaofei, WANG Xinyu, LIU Wenpeng, GAO Jinyun, LUO Jianqiao, ZHANG Qingli. Growth and Properties of TSAG Crystal[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(9): 1357-1362.

图/表 7

图1 生长出的TSAG晶体照片

Fig.1 Photograph of as-grown TSAG crystal

图2 组分测试样品位置示意图

Fig.2 Schematic diagram of sample positions for component testing

图3 开裂TSAG晶体生长方向的组分分布

Fig.3 Composition distribution along growth direction of cracked TSAG crystal

图4 开裂TSAG晶体径向方向的组分分布

Fig.4 Composition distribution along radial direction of cracked TSAG crystal

图5 TSAG晶体应力分布。（a）生长工艺优化后；（b）生长工艺优化前

Fig.5 Stress distribution of TSAG crystal. （a） After optimization of growth process；（b） before optimization of growth process

表1 1 064 nm波段TSAG和TGG晶体不同方向的维尔德常数

Table 1 Verdet constants in different directions of TSAG and TGG crystals at 1 064 nm wavelength

Crystal	Verdet constant/（rad·m^-1·T^-1）
Crystal	［111］	［110］	［100］
TSAG	48.79	48.32	51.38
TGG	37.66	37.18	40.49
TSAG^［17］	49.8
TGG^［23］	40.5

图6 TSAG隔离器示意图

Fig.6 Schematic diagram of TSAG isolator

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