具体实施方式

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是根据本说明书一些实施例所示的包括观察窗装置的晶体生长炉的结构示意图。

在一些实施例中，晶体生长炉10可以用于生长蓝宝石、红宝石、钇铝石榴石、钆镓石榴石、尖晶石等晶体。如图1所示，晶体生长炉10的炉膛由炉膛壁11和炉膛底部构成，晶体生长炉10的炉膛可以提供晶体生长的场所。通过控制晶体生长炉10的炉膛处于适宜的温度、气压和气氛等条件下，可以生长质量和品质较好的晶体。

在一些实施例中，晶体生长炉10的炉膛壁11上可以设置观察窗装置100。通过在晶体生长炉10的炉膛壁11上设置观察窗装置100，可以便于操作人员实时监测炉内情况并执行相应的操作，例如，根据晶体生长的形状和高度对晶体生长温度进行调整，以提高晶体生长的质量。

在一些实施例中，观察窗装置100与炉膛壁11的连接方式可以为螺栓连接、焊接、铰接、卡接中的一种或多种。在一些实施例中，可以将观察窗装置100的框体与炉膛壁11连接，以实现观察窗装置100与炉膛壁11的连接。在一些实施例中，观察窗装置100的框体与炉膛壁11的连接方式可以为螺栓连接、焊接、铰接、卡接中的一种或多种。

在一些实施例中，可以将晶体生长所需原料装入坩埚内，并将装有原料的坩埚置于晶体生长炉10的炉膛内，通过控制晶体生长炉10的炉膛处于适宜的温度、气压和气氛等条件下，在晶体生长炉10的炉膛内生长晶体，在此过程中，操作人员可以从观察窗装置100观察炉膛内部晶体的生长情况。

图2是根据本说明书一些实施例所示的观察窗装置外侧的结构示意图；图3是根据本说明书一些实施例所示的观察窗装置内侧的结构示意图。以下将结合图2和3对本说明书实施例所涉及的观察窗装置100进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用以解释本技术方案，并不构成对本技术方案的限定。

在一些实施例中，如图2所述，观察窗装置100可以包括观察窗110和框体120。在一些实施例中，观察窗110可以设置于框体120上。在一些实施例中，观察窗110与框体120的连接方式可以为螺栓连接、焊接、铰接、卡接中的一种或多种。在一些实施例中，框体120可以设置于晶体生长炉10的侧壁并与晶体生长炉10连通，使得框体120的一侧(或称为框体120的外侧)位于晶体生长炉外，处于外界环境中；框体120的另一侧(或称为框体120的内侧)位于晶体生长炉内，处于炉膛内的晶体生长环境中。

在一些实施例中，观察窗110的平面形状可以为矩形、圆形、三角形、多边形等规则或不规则形状中的一种或多种。在一些实施例中，观察窗110为透明材质。在一些实施例中，观察窗110可以包括玻璃、透明陶瓷、晶片(例如，白宝石晶片、钛宝石晶片、YAG晶片)等。

在一些实施例中，框体120内部的形状可以与观察窗110的平面形状相匹配。例如，框体120内部的形状为长方形，观察窗110的平面形状也为长方形，且平面尺寸大小满足内嵌于框体120中。

在一些实施例中，框体120的外侧可以设置至少一个进气口130。在一些实施例中，可以通过至少一个进气口130向晶体生长炉内通入气体。在一些实施例中，该气体可以称为屏蔽气体。在一些实施例中，屏蔽气体可以为晶体生长炉中生长晶体所需的气体(例如，氧气、氢气或原料气体)。在一些实施例中，屏蔽气体也可以为其他气体(例如，惰性气体)。在一些具体的实施例中，对于高熔点晶体(>1800℃)，例如硅酸钇镥(LYSO)闪烁晶体、钇铝石榴石(YAG)晶体或钆铝镓石榴石(GAGG)晶体，由于该类晶体生长过程中通常使用铱坩埚，为避免铱坩埚在高温环境下被氧化，可以通过至少一个进气口130向晶体生长炉10中通入氩气、氮气、一氧化碳气体、氢气、二氧化碳等一种或多种气体，屏蔽气体可以为氩气、氮气、一氧化碳气体、氢气、二氧化碳等一种或多种气体。在又一些实施例中，对于低熔点晶体，可以通过至少一个进气口130向晶体生长炉10中通入空气或含氧气体，屏蔽气体可以为空气或含氧气体。在一些实施例中，可以根据晶体生长炉10中的晶体生长需要控制通入气体的气体组分、气体压力、气体流速等。

在一些实施例中，如图3所示，框体120的内侧可以设置至少两个出气口160。在一些实施例中，从至少一个进气口130通入的气体可以从至少两个出气口160流出。

在一些实施例中，至少两个出气口160至少包括两个相对设置于观察窗110两侧(例如，左右两侧、上下两侧)的出气口。

在一些实施例中，至少两个出气口160可以为长条形出气口。在一些实施例中，以设置于观察窗110一侧的出气口160为例，出气口160可以为一个长条形出气口，也可以为平行设置的多个长条形出气口。通过设置长条形出气口，可以使得经出气口160流出的气体以气流面的形式流出。

在一些实施例中，从至少两个出气口160流出的至少两股气体对应至少两个气流方向，至少两个气流方向之间形成预设夹角，以使至少两股气体在观察窗110附近交汇形成气流面交叉的气体屏障。该气体屏障可以用于防止晶体生长炉10内的其他气体或挥发物(例如，熔融原料中的Ga₂O₃或SiO₂)粘附在观察窗110的表面，使得操作人员可以清楚看到晶体生长炉10内的晶体生长情况。

在一些实施例中，为了使得从至少两个出气口160流出的至少两股气体对应的至少两个气流方向间形成预设夹角，可以在至少两个出气口160的外侧设置具有弧度的拐角，该拐角朝向观察窗110(图中未示出)，即该拐角与观察窗110的夹角小于90°。

在一些实施例中，如图3所示，为了使得从至少两个出气口160流出的至少两股气体对应的至少两个气流方向间形成预设夹角，可以设置至少两个风向调节板170，至少两个风向调节板170可以分别设置于至少两个出气口160的外侧。关于风向调节板170的更多内容可以参见图4的相关描述，在此不作赘述。

在一些实施例中，至少两个出气口160的尺寸可以与观察窗110的尺寸相匹配，使得出气口160流出的气流面更好地对观察窗110进行保护。在一些实施例中，至少两个出气口160的长度可以大于或等于观察窗110的长度，使得从至少两个出气口160流出的气流面的长度大于或等于观察窗110的长度，从而更好地对观察窗110进行保护。

在一些实施例中，至少两个出气口160可以包括四个相对设置于观察窗110上下左右四侧的出气口。相应地，从四个出气口160流出的四股气体对应四个气流方向，四个气流方向之间形成预设夹角，以使四股气体在观察窗110附近交汇形成气流面交叉的气体屏障。

在一些实施例中，至少两个出气口160的数量还可以是其他数量，例如，对于三角形观察窗，可以设置三个出气口，只需满足出气口流出的气体在观察窗110附近交汇形成气体屏障即可。

在一些实施例中，返回图2所示，框体120的外侧还可以设置进水口140和出水口150。在一些实施例中，框体120的内部可以为中空结构，循环冷却水经进水口140流入框体120、并经出水口150流出框体120，形成流经观察窗装置100的冷却通道。在一些实施例中，可以在框体120内部的中空结构中设置多个冷却通道，便于循环冷却水按照预设的流通方向流通。在一些实施例中，还可以在框体120内部的多个冷却通道上设置多个折流板，以增加循环冷却水的湍动程度，提高换热效率。

在一些实施例中，如图3所示，观察窗装置100还可以包括至少两个挡板180。

在一些实施例中，至少两个挡板180可以分别设置于至少两个出气口160的外侧。在一些实施例中，挡板180内部可以为中空结构，且与框体120内部连通。在一些实施例中，挡板180内部的中空结构中可以设置多个冷却通道(图中未示出)，使得循环冷却水也可以流经挡板180的内部，从而使得挡板180表面的温度低于炉膛内部温度。关于挡板180的更多内容可以参见图5和6的相关描述，在此不作赘述。

在一些实施例中，如图3所示，观察窗装置100还可以包括粉体收集框190。在一些实施例中，粉体收集框190可以设置于挡板180的下方，用于收集从上方掉落的粉体或其他颗粒物。在一些实施例中，粉体收集框190的数目可以为一个或者多个。例如，可以仅设置一个粉体收集框190，位于两个挡板180的下方。再例如，如图3所示，可以设置两个粉体收集框190，分别位于两个两侧挡板180的下方。关于粉体收集框190的更多内容可以参见图7的相关描述，在此不作赘述。

图4是根据本说明书一些实施例所示的风向调节板的结构示意图。

在一些实施例中，风向调节板170可以包括一块或多块子板。气体因被子板阻挡而改变流动方向，相应地，可以通过调整子板的方向控制气体的流动方向(或称为气流方向)。

在一些实施例中，风向调节板170为一块子板时(即风向调节板170为一块单独的板)，风向调节板170可以与观察窗110可以成一定夹角安装。在一些实施例中，风向调节板170与观察窗110的安装方式可以为活动连接(例如，铰接)。在一些实施例中，风向调节板170与观察窗110的夹角θ可调节。

在一些实施例中，为了保证出风效率和气体屏障的稳定性，且防止流出的气体直接进入晶体生长区域从而造成晶体生长界面附近的温场波动，风向调节板170与观察窗110的夹角需控制在一定范围内。

在一些实施例中，风向调节板170与观察窗110的夹角θ可以为10°～65°。在一些实施例中，风向调节板170与观察窗110的夹角θ可以为15°～60°。在一些实施例中，风向调节板170与观察窗110的夹角θ可以为20°～55°。在一些实施例中，风向调节板170与观察窗110的夹角θ可以为25°～50°。在一些实施例中，风向调节板170与观察窗110的夹角θ可以为30°～45°。在一些实施例中，风向调节板170与观察窗110的夹角θ可以为35°～40°。在一些实施例中，风向调节板170与观察窗110的夹角θ可以为38°～40°。

在一些实施例中，如图4所示，风向调节板170可以包括两块子板，即子板171和子板172。在一些实施例中，子板171可以设置为一个或多个出气口(图4中未示出)。

为了使得出气口适用于不同需求的场景，例如，屏蔽气体的流速大小不同的场景、屏蔽气体的气流形状不同的场景、屏蔽气体的气流方向不同的场景等，将包括两块子板的风向调节板170设置于出气口160的外侧，子板171上的出气口的大小和形状可以根据需求进行调节。

在一些实施例中，子板171上的出气口可以与出气口160相匹配，使得气体经过出气口160后，可以经子板171上的出气口流出。在一些实施例中，子板171上的出气口与出气口160相匹配可以是两者形状相同或相近，并且尺寸差值在一定阈值范围(例如，3mm)内。

在一些实施例中，子板171上的出气口可以为长条形出气口，也可以根据实际需求调整为方形、圆孔形或任意形状的出气口，以调整出气口的气体流速。

在一些实施例中，子板171和子板172可以成一定夹角安装。在一些实施例中，子板171和子板172的安装方式可以为活动连接(例如，铰接)。在一些实施例中，子板171与子板172之间的夹角θ₁可调节。

在一些实施例中，为了保证出风效率和气体屏障的稳定性，且防止流出的气体直接进入晶体生长区域从而造成晶体生长界面附近的温场波动，子板171和子板172的夹角需控制在一定范围内。

在一些实施例中，子板171与子板172之间的夹角θ₁可以为10°～65°。在一些实施例中，子板171与子板172之间的夹角θ₁可以为15°～60°。在一些实施例中，子板171与子板172之间的夹角θ₁可以为20°～55°。在一些实施例中，子板171与子板172之间的夹角θ₁可以为25°～50°。在一些实施例中，子板171与子板172之间的夹角θ₁可以为30°～45°。在一些实施例中，子板171与子板172之间的夹角θ₁可以为35°～40°。在一些实施例中，子板171与子板172之间的夹角θ₁可以为38°～40°。

在一些实施例中，在出气口160外侧安装好风向调节板170后，气体从出气口160流出后，经风向调节板170的子板171上的出气口流出。如图4所示，气体在风向调节板170上的流动轨迹可以为：气体从子板171上的出气口流出的方向为气流方向A，在子板172的阻挡作用下，气体的流动方向变化为气流方向B，气流方向B与玻璃窗110的夹角小于90°。相应地，通过分别设置于至少两个出气口160外侧的至少两个风向调节板170的风向调节，由至少两个出气口160流出的至少两股气体在观察窗110附近(即，观察窗110朝向炉膛的一侧)交汇形成气体屏障。

通过设置风向调节板170，并且设置风向调节板170(或风向调节板170的子板)与观察窗110之间的夹角可调节，可以有效调节观察窗110附近的气流方向，使得至少两股气体交汇形成的气体屏障可以更好地防止挥发物粘接在观察窗110上，保证观察窗110的观察效果。

图5是根据本说明书一些实施例所示的观察窗装置的俯视图。

在一些实施例中，如图5所示，挡板180的横截面形状可以为弯曲弧形。在一些实施例中，挡板180的横截面形状也可以为扇形或其他形状。在一些实施例中，挡板180的横截面长度可以调节，使得挡板180在水平方向具有伸缩功能。通过设置弧形或扇形挡板，可以使从出气口160流出的气体较为平缓地进入生长腔内，维持稳定的晶体生长环境。

在一些实施例中，如图5所示，挡板180与观察窗110的夹角为θ₂。在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角为θ₂可调节。

在一些实施例中，为了防止被气体屏障阻挡的挥发物重新进入晶体生长区域并沉积于晶体表面，挡板180与观察窗110的夹角需控制在一定范围内，以使挥发物经挡板180阻挡而后收集于粉体收集框190内。

在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角θ₂为30°～90°。在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角θ₂为35°～85°。在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角θ₂为40°～80°。在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角θ₂为45°～75°。在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角θ₂为50°～70°。在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角θ₂为55°～65°。在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角θ₂为58°～63°。在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角θ₂为60°～63°。

如上文所述，为了保证出风效率和气体屏障的稳定性，且防止流出的气体直接进入晶体生长区域从而造成晶体生长界面附近的温场波动，同时为了防止被气体屏障阻挡的挥发物重新进入晶体生长区域并沉积于晶体表面，挡板180与观察窗110的夹角θ₂以及风向调节板170与观察窗110的夹角θ(或子板171与子板172之间的夹角θ₁)需要满足一定的匹配关系。在一些实施例中，挡板180与观察窗110的夹角θ₂与风向调节板170与观察窗110的夹角θ(或子板171与子板172之间的夹角θ₁)的差值小于或等于预设阈值(例如，40°)，使得从风向调节板170流出的气体的出风效率和气体屏障较为稳定性，又使得挡板180可以防止流出的气体直接进入晶体生长区域从而造成晶体生长界面附近的温场波动，又可以防止被气体屏障阻挡的挥发物重新进入晶体生长区域并沉积于晶体表面。例如，当风向调节板170与观察窗110的角度θ(或子板171与子板172之间的夹角θ₁)为10°～65°时，挡板180与观察窗110的夹角θ₂可以为30°～90°。又例如，当风向调节板170与观察窗110的角度θ(或子板171与子板172之间的夹角θ₁)为20°～40°时，挡板180与观察窗110的夹角θ₂为60°～80°。

图6是根据本说明书一些实施例所示的观察窗装置阻挡挥发物的示意图。

如图6所示，从出气口160流出的气体经风向调节板170的调节，在观察窗110附近形成与观察窗110存在一定夹角的气流，观察窗110两侧的气流交汇形成气体屏障M，将挥发物阻挡在气体屏障M之外。当挥发物X向观察窗110移动时，由于气体屏障M对挥发物X的阻挡作用，使得挥发物X远离观察窗110并向挡板180方向移动。进一步地，由于被挡板180阻挡，挥发物X的动能急速减小(接近于0)。同时由于挡板180内部通有循环冷却水，挥发物X会被快速冷却。动能降低且受冷后的挥发物X，在重力的作用下向下掉落进粉体收集框190，或者动能降低且受冷后的挥发物X在挡板180侧壁发生沉积，当沉积重量达到一定值后在重力的作用下向下掉落进粉体收集框190。

图7是根据本说明书一些实施例所示的粉体收集框的结构示意图。

为了进一步防止挥发物或其他气体再次从粉体收集框190中漂浮出来进入晶体生长炉的腔体中，在一些实施例中，如图7所示，粉体收集框190的内部可以设置至少两个相互交错的斜板。在一些实施例中，至少两个斜板的数量可以根据实际需要设定。在一些实施例中，至少两个相互交错的斜板可以向下倾斜。在一些实施例中，至少两个相互交错的斜板向下倾斜的角度可以根据实际情况进行调整。例如，斜板向下倾斜的角度可以为10°～60°。在一些实施例中，至少两个相互交错的斜板之间存在间隙，以使得掉落的挥发物或其他气体粉体可以落入粉体收集框190的底部，避免出现挥发物或其他气体粉体卡在中部或上部的斜板上。

如图7所示，挥发物或其他气体粉体落入粉体收集框190后，落到左侧的斜板191上，由于重力作用从倾斜的斜板191滑落至右侧的斜板192上，然后由于重力作用依次滑落至斜板193、斜板194、斜板195上，最终落入粉体收集框190的底部。如果环境波动或者粉体再次受热会再次漂浮，向上漂浮的粉体会依次受到斜板195、斜板194、斜板193、斜板192、斜板191的下表面的阻挡作用，而难以向上漂浮出粉体收集框190。

通过设置交错布置的多个斜板，可以避免挥发物或其他气体粉体卡在中部或上部的斜板上，使得掉落的挥发物或其他气体粉体可以落入粉体收集框190的底部，同时还可以在一定程度上防止粉体再次漂浮出粉体收集框190，进入晶体生长炉的炉膛中，进而漂浮至晶体表面对晶体造成腐蚀。

下面结合图2-7对观察窗装置100在晶体生长炉上的使用过程进行说明，需要注意的是，本实施例仅用以说明技术方案而非限制技术方案。如图2所示，通过进气口130通入晶体生长所需气体，通过进水口140通入循环冷却水，流经整个观察窗装置100的框体120的中空结构中(图2未示出)，从出水口150流出。在晶体生长过程中，熔融原料表面的部分原料(例如，Ga₂O₃或SiO₂)易挥发，挥发物会随机漂浮在整个炉膛内，其中部分挥发物流动至观察窗110附近。如图3-6所示，从进气口130通入的晶体生长所需气体，经出气口160流入炉膛内，在风向调节板170的作用下，流动气体在观察窗110附近交汇形成两面交叉或四面锥形的气体屏障。如图6所示，当挥发物靠近该气体屏障时，在气体屏障的阻挡作用下，挥发物漂移至挡板180，并被挡板180阻挡；由于挡板180内部通有循环冷却水其表面温度较低，挥发物受冷后在重力的作用下会向下掉落进粉体收集框190。随着晶体生长过程的进行，如图7所示，大量的挥发物粉体会掉落进粉体收集框190，并由于重力作用依次从相互交错的多个斜板上滑落至粉体收集框190的底部，由于相互交错的多个斜板的阻挡作用，可以防止粉体再次漂浮出粉体收集框190，进入晶体生长炉的炉膛中，进而漂浮至晶体表面对晶体造成腐蚀。

本说明书一些实施例可能带来的有益效果包括但不限于：

(1)利用晶体生长过程中需要通入所需气体的特点，通过调节气体流向(例如，通过设置出气口的拐角角度或通过风向调节板调节)，使通入的气体在观察窗附近形成气体屏障，防止挥发物粘附在观察窗的内侧，使得观察窗表面保持洁净，便于更好地观察晶体生长炉内的情况；

(2)通过设置具有冷却效果、横截面长度可调节、弯曲弧形的挡板，以及设置挡板与观察窗的夹角θ₂和风向调节板与观察窗的夹角θ(或挡板与观察窗的夹角θ₂和两个子板之间的夹角θ₁)的匹配关系，可以更好地实现对挥发物或其他气体的阻挡作用，避免出气口的流动气体直接流入晶体生长加热区，扰动温场稳定性；

(3)通过在挡板下方设置粉体收集框，并将挡板与粉体收集框组合使用，可以将挥发物粉体收集在粉体收集框内，防止沉积后的挥发物粉体再次在晶体生长炉的腔体中漂浮，对晶体表面造成腐蚀；

(4)通过在粉体收集框内部设置向下倾斜、交错的多个斜板，可以避免挥发物或其他气体粉体卡在中部或上部的斜板上，使得挥发物或其他气体粉体落入粉体收集框的底部，同时还可以防止粉体再次漂浮出粉体收集框，进入晶体生长炉的炉膛中，对晶体表面造成腐蚀。

需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

应当注意的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。