石英晶体产业概述

水热法人造石英晶体材料的产能自二十世纪五十年代开始不断增长,二十一世纪初达到顶峰。随着世界石英晶体元器件向高频、小型化、片式化、耐辐照方向发展,产品品种和产量发生很大变化。高Q值、低腐蚀隧道密度、包裹体少是压电石英材料未来发展的趋势;而包裹体和条纹(脉理)是光学石英晶体两大关键技术指标。     

高品质光学级单面生长石英晶体的生长技术研究

采用水热温差法,研发了一种高品质光学级单面生长石英晶体技术,分析了光学级石英晶体单面生长原理和关键技术,并对所制备的光学级单面生长石英晶体的性能进行了测试与表征.研究结果表明:采用单面生长技术能极大地减少石英晶体内部缺陷,制备出的石英晶体具有极高的品质,其中包裹体指标、条纹指标达和光学均匀性分别达到国家标准GB/T7895-2008中的Ia级、1级和A级,达到了目前国家标准中的顶尖水平.     

KDP晶体中铝取代钾点缺陷第一性原理计算

为了明确Al3+在KDP晶体生长过程中对光学性质和力学性质的具体影响,采用第一性原理计算程序包VASP软件计算并分析了Al取代K对KDP晶体的晶体结构、电子能态密度和光学性质,并同理想KDP晶体进行对比研究.结果表明,KDP晶体中Al取代K的缺陷形成能为0.974 eV,并且Al替位K点缺陷引起的晶格畸变非常微弱,缺陷比较容易形成. Al取代K后晶体能带中价带顶附近的态密度发生了变化,并且带隙中存在缺陷能级,取代后KDP晶体的带隙宽度减小为4.37 eV,缺陷增加了KDP晶体对可见到紫外波段的光子吸收,影响KDP晶体光学质量及其激光损伤性能.计算力学性质发现,Al替位掺杂KDP晶体比理想KDP晶体的杨氏模量增加了,这会减弱晶体抗激光损伤能力.     

6H-SiC单晶的中子辐照损伤及其退火特性研究

用剂量为1.72×1019 n/cm2和1.67×1020 n/cm2的中子对掺氮6H-SiC单晶进行辐照,利用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱等方法研究了辐照引起的晶格损伤及随退火温度的回复过程.结果表明:中子辐照产生的大量缺陷使SiC的光吸收明显增加;光学带隙能随辐照剂量的增加而降低,这与禁带中引入的局域态缺陷能级有关.光吸收边出现强烈的连续吸收可能归因于辐照产生的不同类型缺陷簇或局部非晶区域的光散射.对两个剂量辐照的样品进行室温到1600℃的等时退火,发现两个剂量辐照产生的晶格损伤所需的退火回复温度不同,但退火回复过程都呈现出以800℃为转折点的两个相同阶段.     

Bridgman法生长TeO2晶体的缺陷分析

采用Bridgman法生长了二氧化碲(TeO2)晶体,运用光学显微镜、电子衍射光谱、化学腐蚀等方法分析了该方法生长TeO2晶体内部的缺陷.初步讨论了散射点、微裂纹、气泡和黑点、条纹以及腐蚀坑等微缺陷的形成机理.结果表明:晶体内部的散射点来自于原料中杂质,条纹主要是由于晶体内应力引起,晶体内的气泡和黑点和晶体生长的温度密切相关,并就如何减少这些微缺陷进行了初步探讨.     

电注入着色氟化钡晶体F色心的扩散激活能

在8组不同的温度和电压条件下,用自行设计的电注入实验装置对氟化钡晶体进行点阴极电注入着色.测试和分析了电注入着色前后氟化钡晶体的吸收光谱.研究结果表明:电注入着色后氟化钡晶体中产生了大量F色心.电注入过程中,F色心首先在阴极注入点附近产生,然后逐渐向阳极扩散.通过测试晶体着色深度并利用F色心迁移率与温度的关系确定出了电注入着色氟化钡晶体中F色心的扩散激活能.     

温梯法Ce:YAG闪烁晶体的宏观缺陷观察

采用温度梯度法(TGT)成功生长了直径为76mm高光学质量的Ce:YAG高温闪烁晶体,采用偏光显微镜研究了Ce:YAG闪烁晶体中的主要宏观缺陷,观察到了生长条纹、侧心、气泡、包裹物以及应力双折射等宏观缺陷.实验结果表明,晶体中的气泡、包裹物以及应力双折射等宏观缺陷主要集中在晶体边缘部分,因此温梯法可以获得高质量的Ce:YAG闪烁晶体.     

光学超晶格晶体——实现激光频率转换的无限可能

正1962年,诺贝尔奖获得者Bloembergen等提出了准相位匹配(quasi phase matching,QPM)理论,通过对光学晶体的二阶非线性极化率的周期性调制来补偿光频率变换过程中因色散引起的基波和谐波之间的相位失配,从而获得非线性光学效应的有效增强。20世纪70年代末,南京大学闵乃本等用晶体生长条纹技术生长出具有周期畴的铌酸锂晶体(后被称为光学超晶格),完成了首次准相位匹配的实验验证。20世纪80年代末,他们又提出了多重准相位匹配理论,将准周期(人工准晶)引入光学超晶格。     

电注入着色溴化钾晶体光谱特性及激活能

利用电注入着色装置,分别使用点阴极与平板阳极和点阳极与平板阴极在不同条件下对溴化钾晶体进行电注入着色.点阴极注入时,在着色晶体中产生V色心和F色心,计算得到F色心激活能0.84 eV.点阳极注入时,在着色晶体中产生V色心,计算得到V色心激活能0.49 eV.对着色晶体进行系统的光谱测量,确定色心光谱吸收带的光谱参数.对比两种情况下测得的电流～时间关系曲线,解释其色心形成机理.     

中子辐照6H-SiC晶体中的钉扎效应

分别对两种不同的6H-SiC晶体进行了总通量为5.74×10~(18) n· cm~(-2)、8.2×10~(18) n· cm~(-2)和1.72×10~(19) n· cm~(-2)的不同剂量的中子辐照,利用X射线衍射等手段观测了中子辐照引起的晶体内部损伤.结果表明:两种样品在不同的中子通量辐照下,消除部分原始缺陷的、纯度较高的样品辐照后的内部损伤明显小于纯度较低、内部原始缺陷较多的样品.样品的辐照损伤不仅取决于中子辐照剂量,还取决于其辐照时的成分和结构.晶体的结构缺陷和杂质,作为一种"钉扎",在辐照过程中作用极大,它们导致了晶体的长程缺陷(如位错)的大幅度增加.