無機(jī)非線光學(xué)晶體性

無機(jī)非線光學(xué)晶體性第1頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六1KDP晶體第2頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六2KDP晶體的簡介

磷酸二氫鉀(KDP)晶體是一種最早受到人們重視的功能晶體，人工生長KDP晶體已有半個多世紀(jì)的歷史，是經(jīng)久不衰的水溶性晶體之一。KDP晶體的透光波段為178nm～1.45um，是負(fù)光性單軸晶，其非線性光學(xué)系數(shù)d36（1.064um）=0.39pm/V，常常作為標(biāo)準(zhǔn)來比較其他晶體非線性效應(yīng)的大小，可以實(shí)現(xiàn)Ⅰ類和Ⅱ類位相匹配，并且可以通過溫度調(diào)諧來實(shí)現(xiàn)非臨界位相匹配(包括四倍頻和和頻)。第3頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六3KDP晶體的用途1.可對波長為1.06um的激光實(shí)現(xiàn)二倍頻、三倍頻和四倍頻，也可染料激光器實(shí)現(xiàn)二倍頻，還可作為一般晶體的相對倍頻系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)參比晶體2.用來制作激光Q開關(guān)，并可與激光組成Q開關(guān)激光器，用于產(chǎn)生巨脈沖激光；3.用于制作高功率的激光倍頻器和參量振蕩器的材料；4.用于制作電光調(diào)制器、偏轉(zhuǎn)器和固態(tài)光閥顯示器5.用于制作壓電換能器等第4頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六4DKDP晶體第5頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六5DKDP晶體簡介DKDP晶體為為KDP的同位素化合物，有兩種晶型：A、四方相，對稱性屬于KDP型，其光學(xué)性能優(yōu)良，半波電壓低，線性電光系數(shù)大，透光波段寬，光學(xué)均勻性優(yōu)良，并能生長大尺寸晶體。因此，自20世紀(jì)60年代至今，DKDP晶體一直是一種最常用的電光晶體材料，也是現(xiàn)代高功率激光核聚變裝置中所使用的高能量負(fù)載倍頻材料。B、但斜相，無實(shí)用價值，而且會成為四方相DKDP晶體生長的障礙之一。通常所指的氘化KDP晶體是專指四方相DKDP而言。第6頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六6合成DKDP晶體的方法

1.1溶液的合成DKDP晶體生長溶液的合成需要經(jīng)過兩步完成。第一步，五氧化二磷P2O5與重水D2O形成氘化磷酸D3PO4；第二步，D3PO4與無水K2CO3形成KD2PO4。其中P2O5與重水水解要經(jīng)歷復(fù)雜的多步反應(yīng)過程，需要回流加熱。1.2晶體生長采用溶液降溫法，片狀籽晶c向生長，在溶液本征pD值情況下按照晶體的自然生長習(xí)性進(jìn)行生長，這是最傳統(tǒng)的生長方式[4,5]。所使用晶體生長控溫儀測控精度為±0.05℃。1.3多磷酸根含量測定以離子色譜法[6~9]測定溶液中的多磷酸根離子含量。儀器設(shè)備：美國Dionex公司ISC-2000型離子色譜儀，DionexAS11-HC型色譜柱，ASRS-ULTRAⅡ型檢測器。測試條件：流動相25mMKOH/99mMKOH梯度淋洗,流速1.0mL/min,色譜柱溫度35℃，抑制電流250mA。第7頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六7DKDP晶體的用途DKDP晶體是一種性能優(yōu)良的電光晶體，在激光技術(shù)、光學(xué)信息處理和光通信等領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用。可用于制作電光調(diào)制，偏轉(zhuǎn)，調(diào)Q器等，也可作為高功率脈沖激光器調(diào)Q的關(guān)鍵材料之一，還可制作高速攝影的光快門，以及制作高峰值功率和大平均功率的激光倍頻器等。第8頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六8KTP晶體第9頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六9KTP晶體簡介磷酸鈦氧鉀(KTP)晶體是一種具有優(yōu)良的非線性光學(xué)性質(zhì)、已得到了廣泛重視和應(yīng)用的非線性光學(xué)晶體。KTP晶體是正光性雙晶，其透光波段為350nm～4.5um，可以實(shí)現(xiàn)1.064um釹離子激光及其他波段激光倍頻、和頻、光參量振蕩的位相匹配(一般采用Ⅱ類位相匹配)。其非線性系數(shù)d31、d32、d33分別為1.4、2.65和10.7pm/V，d33是KDP晶體d36的20余倍。KTP晶體有較高的抗光損傷閾值，可以用于中功率激光倍頻等。KTP晶體有良好的機(jī)械性質(zhì)和理化性質(zhì)，不溶于水及有機(jī)溶劑，不潮解，熔點(diǎn)約1150℃，在熔化時有部分分解，該晶體還有很大的溫度和角度寬容度。KTP晶體作為頻率轉(zhuǎn)換材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、技術(shù)等各個領(lǐng)域，特別是作為中小功率倍頻的最佳晶體。該晶體制成的倍頻器及光參量放大器等已應(yīng)用于全固態(tài)可調(diào)諧激光光源。第10頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六10KTP晶體合成方法1目前生長KTP晶體的方法有兩種[2-3,8]水熱法和熔鹽法.水熱法生長的KTP晶體要在1600個大氣壓、600℃的高壓釜中進(jìn)行.由于生長條件苛刻、高壓釜內(nèi)徑不能作得很大(目前只到3英寸)、生成態(tài)KTP晶體中還包含籽晶.所以水熱法生長的晶體尺寸小、可利用率低、產(chǎn)品成本高,盡管水熱法生長的KTP晶體質(zhì)量好、激光損傷閾值高(GW/cm2級)、電導(dǎo)率低,但因?yàn)榭紤]到長出的晶體中并不是所有的部位光學(xué)質(zhì)量都能滿足應(yīng)用要求,所以水熱法生長的KTP晶體的應(yīng)用在很大程度上受到尺寸不夠大的限制,生產(chǎn)成本高,在中小功率激光倍頻領(lǐng)域,競爭不過熔鹽法生長的KTP晶體產(chǎn)品.第11頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六11KTP晶體的合成方法2普通熔鹽法又分為兩種籽晶浸沒法和頂部籽晶法.籽晶浸沒法是把KTP籽晶浸沒到熔體中進(jìn)行生長,故長出的KTP晶體中包含籽晶,且生成態(tài)KTP晶體是雙晶,利用率相對較低頂部籽晶法的籽晶僅與熔體表面接觸,長出的KTP晶體中不含籽晶,且生成態(tài)KTP晶體是單晶,晶體的利用率最高.與水熱法比較起來,普通熔鹽法是在大氣中生長,坩堝可以作得很大,可以長得很大(70mm×80mm×30mm或更大),成本低,但缺點(diǎn)是生成態(tài)KTP晶體的激光損傷閾值較水熱法KTP的低(600800MW/cm2級)、電導(dǎo)率大(10-610-7/?·cm量級),在加上調(diào)制電壓后,晶體會發(fā)黑失透,不能使用.水熱法生長的KTP晶體的電導(dǎo)率在(10-910-11)/?·cm量級,所以不存在這個問題。第12頁，共14頁，2023年，2月20日，星期六12KTP晶體的特性

磷酸氧鈦鉀（KTiOPO4，簡稱KTP）有著優(yōu)良的非線性光學(xué)性能及電光性能。作為單晶，KTP有著優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和高的抗光損傷閾值。目前，KTP已作為一種商業(yè)化的晶體廣泛應(yīng)用于中小功率固體激光器的倍頻（SHG）、和（差）頻、光參量振蕩（OPO）和放大（OPA）等。KTP同樣也是優(yōu)良的電光晶體候選者，在激光的調(diào)制等方面有著廣泛應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)采用頂部籽晶熔劑法生長了純的以及不同摻雜的KTP晶體，用特殊工藝處理技術(shù)將普通熔劑法KTP的電導(dǎo)率降低了三個數(shù)量級，達(dá)到了10-10（Ωcm）-1，解決了普通熔劑法KTP晶體由于離子電導(dǎo)率太大而無法用于電光應(yīng)用領(lǐng)域的困難；對KTP晶體的生長條件、摻雜元素以及退火工藝等進(jìn)行了研究，通過優(yōu)化生長工藝技術(shù)參數(shù)，突破了工藝技術(shù)生長難關(guān)，得到了高光學(xué)均勻性、具有大Z切面的KTP單晶。將K