红外非线性晶体ZnGeP2的生长及品质研究

采用高温元素反应法直接合成ZnGeP2多晶料,用竖式Bridgman法生长出ZnGeP2单晶,晶体棒毛坯尺寸达φ15×70mm3.对多晶料和单晶体进行了X射线粉末衍射(XRD)、低倍率红外显微镜、红外分光光度计检测;对晶体切片进行退火处理,使得在2μm吸收系数降到α＝0.10cm-1;加工出一块5×6×6.5mm3的晶体倍频元件,在一台射频激励CO2激光器上实现了从9.24μm到4.26μm的倍频.     

ZnGeP2晶体的合成与生长

采用双温区法合成ZnGeP2多晶料;采用布里奇曼法生长ZnGeP2单晶,晶体尺寸为22×90 mm2.晶体透光范围0.7～12.0 μm,平均透过率达到56;;OPO光参量震荡器件尺寸6×6×15 mm3,采用2 μm的泵浦光,产生4 W以上的3.8～4.5 μm激光输出.     

磷锗锌多晶合成过程的中间生成物研究

两温区气相输运法合成ZnGeP2多晶过程中,易生成一些高熔点的杂质,导致合成材料的纯度较低.选取ZnGeP2多晶合成过程中几个重要温度的合成产物,进行X射线衍射(XRD)和能谱色散分析(EDS),结果表明:ZnGeP2多晶合成过程的中间生成物主要为Zn3P2、ZnP2和GeP等.根据分析结果,对合成工艺进行了改进,合成出外观完整、内部致密的ZnGeP2多晶锭.用XRD进行分析,结果表明:改进工艺后合成的是高纯单相ZnGeP2多晶材料,为高质量单晶体生长奠定了可靠基础.     

改进两温区气相输运法合成磷锗锌多晶材料

按富P0.5;配料工艺,采用改进的两温区气相输运法合成ZnGeP2多晶原料,既简化了传统两温区法的装料工艺,又有效避免了合成安瓿爆炸,提高了合成产量.经XRD,SEM,EDS分析结果表明:新方法合成的ZnGeP2多晶原料纯度高,具有黄铜矿结构,空间群为42m,晶格常数a=b=0.5456 nm,c=1.0691 nm,多晶料的组成元素原子比Zn: Ge:P=1:0.95:2.06,接近ZnGeP2的理想化学配比Zn: Ge:P=1:1:2.以此为原料,用坩埚下降法生长出等径尺寸约为φ25 mm×50 mm的ZnGeP2单晶体.     

两温区气相输运和机械振荡合成ZnGeP2多晶材料

ZnGeP2多晶的合成是其单晶生长的前提和基础,多晶材料的质量是生长高质量单晶的关键.因此,要获得高质量的ZnGeP2单晶体,必须提供高质量的ZnGeP2多晶材料.对两温区气相输运机械振荡法合成ZnGeP2多晶材料的工艺进行了研究,利用高纯(6N)P、Ge、Zn单质为原料,采用两温区气相输运和机械振荡合成出了ZnGeP2多晶材料.合成出的多晶材料经比重测试和X射线粉末衍射测试证明与标准值一致.采用改进的布里奇曼法生长出外观完整、无裂纹的φ15 mm × 25 mm单晶体,在2.5～10 μm范围内红外透过率达50;以上.     

高品质ZnGeP2晶体光参量振荡元件及应用

在高纯ZnGeP2多晶批量合成基础上,采用垂直布里奇曼法生长出尺寸φ(40～50) mm× 140 mm的高品质单晶.切割出多种6mm×6mm×(16～30) mm规格的晶体元件,元件o偏振光2.05 μm吸收系数为0.01～0.03cm-1,通过光参量振荡技术实现中波(3～5μm)40W和远波(8～10 μmn)3W的激光输出.     

ZnGeP2晶体点缺陷影响光学性能的研究进展

ZnGeP2晶体具有非线性系数大和透光波段宽的特点,是目前重要的中红外频率转换介质材料。然而,点缺陷的存在却引起了ZnGeP2晶体的额外光学吸收,影响了其应用发展。本文对ZnGeP2晶体点缺陷影响光学性能的研究进展情况做了详细的综述。利用电子顺磁共振技术研究了ZnGeP2晶体中存在的点缺陷类型;结合光学吸收和电子顺磁共振方法分析了ZnGeP2晶体点缺陷影响光学性能的机理;介绍了降低ZnGeP2晶体额外光学吸收的方法;最后,展望了围绕ZnGeP2晶体点缺陷及光学性能将开展的研究方向。     

大尺寸ZnGeP2单晶生长与大尺寸晶体器件制备

磷锗锌(ZnGeP2,ZGP)晶体是一种性能十分优异的中红外非线性光学材料.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出高纯ZGP多晶,单次合成量达到600 g;采用超微梯度水平冷凝法(0.5 ～1℃/cm)成功生长出55 mm×30 mm×160 mm的大尺寸ZGP单晶;通过工艺优化、定向、切割、退火、抛光和高能束流辐照等处理工艺,成功实现大口径(12 mm×12 mm ×50 mm) ZGP晶体器件制备,器件在2.09 μm的吸收系数仅为0.03 cm-1,可以用于大能量和高平均功率红外激光输出.     

ZnGeP2晶体2～2.5μm点缺陷研究

ZnGeP2晶体在2～2.5μm有几个吸收峰,GeZn及VZn这两种点缺陷对此波段吸收峰产生影响.利用实验与模拟计算相结合方法进行研究,首先通过理论计算的方法确定了理想ZnGeP2晶体的电子本征吸收和自由激子吸收引起的吸收位能量大于1.85eV区间,对应的波长小于670 nm.其次通过实验的方法采用过量0.5at;Ge的非化学计量配比,生长出了有大量的GeZn缺陷的晶体,再在富P的环境下退火.通过与化学计量比生长的ZnGeP2晶体吸收谱对比分析得知:2～2.3μm的吸收峰主要是GeZn缺陷产生的,2.4μm以后的吸收峰为VZn点缺陷产生.最后基于密度泛函理论,运用VASP软件包来进行第一性原理计算,验证了这一结论.     

磷锗锌单晶体的腐蚀研究

报道了一种新的ZnGeP2晶体择优腐蚀剂及其腐蚀工艺,即先采用研磨、物理机械抛光和HCl+HNO3热化学抛光获得表面平整无划痕的ZnGeP2晶片,然后将晶片在室温下采用HF(40;):HNO3(65;):CH3COOH(99.5;):H2O:I2=2 mL:2 mL:1 mL:1 mL:4 mg腐蚀剂超声振荡腐蚀8 min;在扫描电镜下观察到ZGP(110)和(204)晶面的腐蚀坑,蚀坑形貌清晰,具有立体感,(110)晶面蚀坑呈四边形,(204)晶面蚀坑呈五边形,取向一致,蚀坑密度(EPD)约为104/cm2.从理论上对蚀坑形貌的形成机理进行了分析.