镝铝石榴石单晶光纤生长与性能研究

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0067

人工晶体学报 ›› 2026, Vol. 55 ›› Issue (7): 1120-1126.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0067

镝铝石榴石单晶光纤生长与性能研究

谭俊成¹^,²^,³(), 林可¹^,²^,³, 张沛雄¹^,²^,³(), 陈振强¹^,²^,³

^1.广东省晶体与激光工程技术研究中心，广州 510632
^2.广东省光纤传感与通信重点实验室，广州 510630
^3.暨南大学物理与光电工程学院，广州 510632

收稿日期:2026-04-20 出版日期:2026-07-20 发布日期:2026-08-04
通信作者: 张沛雄，博士，教授。E-mail：pxzhang@jnu.edu.cn
作者简介:谭俊成（2000—），男，广东省人，博士研究生。E-mail：oc_120816@163.com
张沛雄，博士，暨南大学理工学院教授。《人工晶体学报》青年编委。广东省晶体材料和晶体激光技术与应用工程研究中心副主任，全国人工晶体标准化技术委员会委员，中国稀土学会稀土晶体专委会委员。主要研究方向为体块光电功能晶体材料及激光技术，在新型稀土中红外氟化物激光晶体的生长和发光调控、超快激光晶体光谱展宽调控、稀土掺杂铌酸锂/钽酸锂多功能晶体及其器件、磁光晶体研制、新型全固态激光技术等方面开展原创性研究工作。目前已发表100多篇学术论文，获授权发明专利10多项。
基金资助:
国家自然科学基金(62375106);国家自然科学基金(51972149);国家自然科学基金(51872307);国家自然科学基金(51702124);广州市科技计划(2024A03J0240)

Growth and Properties of Disprosium Aluminum Garnet Single-Crystal Optical Fibers

TAN Juncheng¹^,²^,³(), LIN Ke¹^,²^,³, ZHANG Peixiong¹^,²^,³(), CHEN Zhenqiang¹^,²^,³

^1.Guangdong Provincial Engineering Research Center of Crystal and Laser Technology，Guangzhou 510632，China
^2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications，Guangzhou 510630，China
^3.College of Physics & Optoelectronic Engineering，Jinan University，Guangzhou 510632，China

Received:2026-04-20 Online:2026-07-20 Published:2026-08-04

摘要/Abstract

摘要： 随着高功率固态激光器和光纤激光器的发展，对可见光-近红外波段光学隔离器的需求日益增加，亟须探索新型磁光晶体以满足发展需求。本文采用激光加热基座法生长高质量镝铝石榴石（Dy₃Al₅O₁₂， DyAG）单晶光纤，探讨了生长工艺，并研究了基本物理性能。XRD图谱表明，DyAG晶体结构与传统石榴石一致，属于立方晶系，空间群为${Ia} \overline{3} d$，晶胞参数a=b=c=11.974 Å，同时晶体样品具备较窄的衍射峰半峰全宽，表明晶体结晶质量良好。采用第一性原理计算了DyAG的电子结构，结果表明其带隙较宽，为4.311 eV，折射率在波长大于500 nm的波段维持在1.93左右。进一步表征并分析了单晶光纤的光学性能，发现其在475~700 nm波段具有良好光透过性能，透过率达到77.5%左右，接近理论值（80.8%），有望应用于475~700 nm波段的磁光器件中。

关键词: 单晶光纤; DyAG; 激光加热基座法; 晶体生长; 磁光晶体

Abstract: With the development of high-power solid-state lasers and fiber lasers， the demand for optical isolators in the visible to near-infrared region is gradually increasing， necessitating the exploration of novel magneto-optical crystals to meet development requirements. In this paper， high-quality dysprosium aluminum garnet （Dy₃Al₅O₁₂， DyAG） single-crystal fibers were grown using the laser-heated pedestal growth method. The growth process of the crystals was investigated， and their fundamental physical properties were studied. XRD patterns show that， the crystal structure of DyAG fiber is consistent with that of conventional garnets， belonging to the cubic crystal system with space group of ${Ia} \overline{3} d$ and lattice parameters of a=b=c=11.974 Å. The crystal samples exhibit narrow diffraction peak full width at half maximum， indicating excellent crystalline quality. The electronic structure of DyAG fiber was calculated using first-principles method and the results reveal a relatively wide bandgap of 4.311 eV， with a refractive index maintained at approximately 1.93 for wavelengths greater than 500 nm. Further characterization and analysis of the crystal's optical properties reveal its excellent light transmittance in the wavelength range from 475 nm to 700 nm， achieving a transmittance of 77.5% which is nearly reaching the theoretical value of 80.8%. This makes it promising for application in magneto-optical devices operating within this spectral band.

Key words: single-crystal fiber; DyAG; laser heated pedestal growth method; crystal growth; magneto-optical crystal

中图分类号:

O734

谭俊成, 林可, 张沛雄, 陈振强. 镝铝石榴石单晶光纤生长与性能研究[J]. 人工晶体学报, 2026, 55(7): 1120-1126.

TAN Juncheng, LIN Ke, ZHANG Peixiong, CHEN Zhenqiang. Growth and Properties of Disprosium Aluminum Garnet Single-Crystal Optical Fibers[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(7): 1120-1126.

图/表 7

图1 激光加热基座法晶体生长示意图

Fig.1 Schematic diagram of crystal growth by LHPG method

图2 DyAG晶体。（a）样品#1；（b）样品#2；（c）样品#3；（d）3个样品的尺寸

Fig.2 DyAG crystals. （a） Sample #1；（b） sample #2；（c） sample #3；（d） dimensions of three samples

图3 DyAG晶体的结构示意图

Fig.3 Structure schematic diagram of DyAG crystal

图4 XRD全图谱（a），以及（211）峰位局部图谱（b）

Fig.4 XRD full patterns （a）， and local pattern of the （211） peak （b）

图5 DyAG晶体的能带结构（a），以及Dy3+的PDOS（b）

Fig.5 Band structure of DyAG crystal （a）， and PDOS of Dy3+ （b）

图6 DyAG晶体的吸收光谱（a），以及Dy3+的能级图（b）

Fig.6 Absorption spectrum of DyAG crystal （a）， and energy level diagram of Dy3+ （b）

图7 DyAG晶体的折射率（a）和透过率（b）

Fig.7 Refractive index （a） and transmittance （b） of DyAG crystal

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Growth and Properties of Disprosium Aluminum Garnet Single-Crystal Optical Fibers

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