• LiCAF: Cr
• LiCAF: Ce
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• Czochralski
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• crescita di fibre
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• crescita di cristalli
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• BaY2F8
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• Micro-Pulling-Down
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Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di iniziare la realizzazione di una fornace per la crescita di fibre monocristalline col metodo del Micro-Pulling-Down (μ-PD).
La tecnica del Micro-Pulling-Down è stata recentemente sviluppata; i primi studi sono stati effettuati negli anni ’90 dal Prof. Fukuda presso il laboratorio della Tohoku University. Si tratta di un sistema di crescita innovativo, derivato dalla tecnica Czochralski (CZ), che permette di crescere monocristalli filiformi di forma cilindrica con diametro estremamente ridotto (≤ 1mm). La loro dimensione micrometrica consente di essere in una delle condizioni indispensabili per ottenere campioni con una presenza estremamente ridotta di difetti ed impurezze. Le fibre monocristalli- ne ottenute, per la loro dimensione e per le loro caratteristiche sopra menzionate, possono avere interessanti applicazioni sia nel campo dei laser a stato solido che in applicazioni meccaniche.
Il Micro-Pulling-Down appartiene alla gamma dei processi di crescita da fase liquida e sfrutta la transizione dalla fase liquida a quella solida. Il materiale da crescere viene fuso all’interno di un crogiuolo mediante un riscaldatore a radiofre- quenza. Sul fondo del crogiuolo si trova un foro attraverso il quale il fuso scende per gravita` ed entra in contatto con un seme monocristallino che funge da matrice di partenza per il nuovo cristallo. Effettuato il contatto tra seme e fuso l’asta che sorregge il seme viene fatta traslare verso il basso ed ha inizio la cristallizzazione della fibra.
I vantaggi di questa tecnica di crescita sono molteplici: in primo luogo grazie al piccolo diametro della fibra e all’alto gradiente di temperatura all’interno del forno è possibile crescere a velocità molto alte (la velocità di tiraggio del seme varia da 0.15 a 10 mm/min mentre nel CZ la velocità è di circa 0.5 mm/h). Inoltre le ridotte dimensioni del diametro diminuiscono la densità di dislocazioni o tagli assicurando così una purezza maggiore; infine la forma e la composizione del cristallo sono facilmente controllabili.
Con tale tecnica sono state cresciute due fibre di LiF di diametro 0.5 mm circa e una lunghezza all’incirca di 13 cm. I campioni ottenuti mostrano una struttura interna abbastanza buona anche se riportano alcune imperfezioni. Il diametro delle fibre ha un andamento pressoché costante anche se talvolta presenta netti cambia- menti di valore. Resta comunque un buon risultato quello di essere riusciti a crescere per la prima volta due fibre di Fluoro.
Il lavoro di tesi ha inoltre compreso la crescita di alcuni monocristalli macrosco- pici con la tecnica Czochralski. In particolare, campioni di BaY2F8 (BaYF) drogati con diverse concentrazioni di Tulio (0.5%, 1%, 2%, 5%, 8%, 12%) ed uno drogato con Itterbio e Praseodimio; due cristalli di LiCaAlF6 (LiCAF) drogati rispettiva- mente con Cromo e Cerio e un cristallo di LiYF4 (YLF) drogato con Tulio. Sui campioni cresciuti sono state effettuate misure di diffrattometria e spettroscopia di assorbimento al fine di caratterizzare sia strutturalmente che spettroscopicamente i monocristalli. Inoltre su alcuni campioni di BaYF drogati con Tulio, rispettiva- mente al 2%, 5% e 8%, è stata ottenuta emissione laser e sono state misurate le caratteristiche di efficienza e di soglia.