减少ZnGeP2晶体1~2.5 μm光学吸收的研究

ZnGeP₂晶体在1~2.5 μm有几个吸收峰,此波段的吸收峰主要是由于点缺陷V_P、Ge_Zn和V_Zn引起的,这些光学吸收严重影响ZnGeP₂晶体在光参量振荡器中的应用性能。针对ZnGeP₂在此波段的光学吸收,基于电子-原子核散射理论,通过理论计算模拟电子辐照来寻找合适的辐照条件,对布里奇曼法生长出的ZnGeP₂单晶分别进行退火热处理和电子辐照处理,并采用红外光谱仪和综合物理性能测量系统测试不同条件下ZnGeP₂晶体的红外吸收光谱、霍尔系数和载流子浓度。结果表明退火热处理能有效减少ZnGeP₂晶体在1.2 μm和1.4 μm附近的光学吸收,而电子辐照处理有利于减少ZnGeP₂晶体在2.0 μm附近的光学吸收,实验结果与计算结果一致。     

物理气相传输法合成AlN单晶性能表征

采用物理气相传输(PVT)法通过同质外延生长获得14 mm×12 mm的AlN单晶样品。对样品进行切割、研磨、化学机械抛光处理后，采用拉曼光谱仪、高分辨X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、光致发光光谱仪对样品进行测试表征。拉曼测试结果表明，晶体中心区域的拉曼光谱E₂(high)声子模的半峰全宽为3.3 cm^-1,边缘区域E₂(high)声子模的半峰全宽为4.3 cm^-1,晶体呈现较高的结晶质量。XRD摇摆曲线表征结果显示，外延生长后的晶体中心和边缘区域的摇摆曲线半峰全宽增大至100″和205″,表明晶体内存在缺陷。XPS测试结果表明，晶体内存在C、O、Si杂质元素，杂质的原子数分数分别为0.74%、1.43%、2.14%,晶体内发现以氧杂质为主的Al—O、N—Al—O等特征峰。光致发光光谱测试结果显示，晶体内存在V_Al-O_N复合缺陷和V_Al点缺陷。     

自拉曼激光晶体Er: PbWO_4的光谱性质研究

采用坩埚下降法生长出大尺寸Er: PbWO_4晶体,通过对晶体顶端和靠近晶种端的吸收光谱、自发拉曼散射光谱、荧光发射寿命和980 nm LD泵浦下红外荧光光谱的测试,分析讨论了Er: PbWO_4晶体的自拉曼光谱性质.对纯PbWO_4晶体的自发拉曼散射光谱的振动模式进行了简单的分析和指认,指出其强度最大的振动模位于903 cm~(-1),对应于W-O对称伸缩振动模Ag.结合Er~(3+)的红外波段荧光光谱及荧光寿命的测试,研究了介质PbWO_4将Er~(3+)的1.5 μm发光拉曼频移获得中红外发光的可能性.     

MMTN晶体与MMTWD晶体的晶格振动及热导率的拉曼光谱研究

采用拉曼光谱技术测量了MMTN(MnHg(SCN)4(C2H5NO)2)和MMTWD(MnHg (SCN)4(H2O)2(C3H7NO)2)两类金属有机配合物晶体的拉曼光谱,并对其晶格振动特征峰进行了指认.依据晶格动力学理论以及声子散射模型,推导了晶体热导率与声子寿命及拉曼谱线半峰宽的关系,计算了晶体的热导率,讨论了该类晶体激光损伤的物理机制.     

Yb,Ho:GdScO3晶体生长及光谱性能分析

采用提拉法生长出了尺寸为?30 mm×50 mm的Yb, Ho∶GdScO₃晶体。通过X射线衍射得到了晶体的粉末衍射数据，使用GSAS软件进行了全谱拟合，得到了晶体的结构参数。测试了晶体的拉曼光谱，在100～700 cm^-1观察到18个拉曼振动峰。对Yb, Ho∶GdScO₃晶体的光谱特性进行了表征，并计算了Yb³⁺的吸收截面，其在940、975 nm处的吸收截面分别为0.31×10^-20、0.42×10^-20 cm²。采用Judd-Ofelt理论计算了Ho³⁺的跃迁强度参量Ω_t,Ω₄/Ω₆值为2.04,并计算了辐射跃迁概率、能级寿命及荧光分支比等光谱参数。结果表明，Yb, Ho∶GdScO₃晶体的发光性能良好，是一种有前景的2～3μm激光晶体候选材料。     

KLi(HC3N3O3)·2H2O晶体的电光效应和生长研究

本文采用电光系数的粉末测试方法，探索发现了新型电光晶体KLi(HC₃N₃O₃)·2H₂O。根据粉末样品的红外反射光谱和拉曼光谱，计算获得晶格振动对电光系数的贡献值，再加上粉末倍频效应推算的有效非线性光学系数，最终计算出KLi(HC₃N₃O₃)·2H₂O的电光系数为2.37 pm/V,与商用电光晶体β-BBO相当。采用水溶液法进行晶体生长，测试不同原料生长晶体时的过热和过冷曲线，优化生长工艺，获得35 mm×25 mm×10 mm透明晶体。采用X射线定向技术辅以压电系数测量，确定了晶体形貌与各向异性生长速率的对应关系。     

以磷化铁为添加剂沿(111)面生长磷掺杂金刚石大单晶

掺杂是调控金刚石性能的一种重要手段。本文采用温度梯度法,在5.6 GPa、1 312 ℃的条件下,选用Fe₃P作为磷源进行磷掺杂金刚石大单晶的合成。金刚石样品的显微光学照片表明,随着Fe₃P添加比例的增加,金刚石晶体的颜色逐渐变深,包裹体数量逐渐增加,晶形由板状转变为塔状直至骸晶。金刚石晶形的变化表明Fe₃P的添加使生长金刚石的V形区向右偏移,这是Fe₃P改变触媒特性的缘故。红外光谱分析表明,Fe₃P的添加使金刚石晶体中氮含量上升,这说明磷的进入诱使氮原子更容易进入金刚石晶格中。激光拉曼光谱测试表明,随着Fe₃P添加比例的增加,所合成的掺磷金刚石的拉曼峰位变化不大,其半峰全宽(FWHM)值变大,这说明磷的进入使得金刚石晶格畸变增加。XPS测试结果显示,随着Fe₃P添加比例的增加,金刚石晶体中磷相对碳的原子百分含量也会增加,这意味着添加Fe₃P所合成的金刚石晶体中有磷存在。     

Ga3PO7晶体的非弹性振动特性

采用拉曼散射技术,从声子角度研究了Ga3PO7晶体的非弹性振动特性,主要内容为:采用位置对称性法从理论上计算了晶体的晶格振动模式,判定了晶体共有27个拉曼活性模,其振动模式为Γ=7Al+10E,可看作由PO43-集团形成的晶体的内振动模和由PO43-集团、O和Ga原子形成的晶体的外振动模组成;通过室温拉曼光谱实验观测到了晶体的16个拉曼活性模,包括8个外振动模和6个内振动模,并对各模进行了指认,其中高波段的声子模主要为PO4四面体的内振动模.由于晶体结构缺陷和某些内、外振动模的耦合等原因,观测到的振动模数量明显少于理论预测值.     

多片导模法蓝宝石晶体的缺陷研究

使用导模法(EFG)生长了多片a面蓝宝石晶体。显微拉曼光谱结合电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测试得出晶体的气泡中可能存在含S化合物。晶体表面明显的生长条纹主要与温度、生长速度的波动以及模具的加工精度有关。化学腐蚀分析表明晶体位错密度在4.2×10⁴ cm^-2,未存在小角度晶界缺陷,双晶摇摆曲线半峰宽(FWHM)为70.63″。由于采用石墨保温材料,晶体中存在F心与F⁺色心。晶体在400~3 000 nm波段透过率高于80%,空气中退火后可减弱色心吸收。本文研究结果可为蓝宝石晶体缺陷形成理论研究提供参考,也可为导模法蓝宝石工业生产技术改进提供借鉴。     

Nd:LuVO4晶体的红外、拉曼光谱和热学特性

利用商群对称分析法分析了Nd:LuVO4晶体的晶格振动模分类,测量了Nd:LuVO4晶体的红外光谱和拉曼光谱,从测定的谱线中指认了该晶体的振动模,理论与实验符合良好.测量了Nd:LuVO4晶体的热膨胀系数,a向、b向和c向的热膨胀系数分别为 1.7×10-7/K 、1.5×10-7/K和9.1×10-7/K.测量了比热,其值约为0.48J/g·K.测量了热传导率,其值沿<100>方向为6.2W/m·K,沿<001>方向为7.9W/m·K.这些参数显示该晶体是一种热学性能优良的激光晶体.     

Sm∶YAG/Sm∶Y3ScAl4O12单晶光纤的生长及光谱性能

采用微下拉法成功生长出Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤。XRD结果表明晶体为立方晶系,晶胞参数分别为a=1.199 3 nm和a=1.200 0 nm。测试了室温下单晶光纤的拉曼光谱、吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂最大声子能量为766 cm^-1。Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂ 在可见波段的最强吸收位于405 nm附近,非常适合InGaN/GaN二极管泵浦。404 nm激发下,最强发射带位于618 nm处, 对应于Sm³⁺的⁴G_5/2→ ⁶H_7/2能级跃迁, 测得Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂上能级⁴G_5/2的荧光寿命分别为1.86 ms和1.83 ms。实验结果表明Sm∶YAG和Sm∶Y₃ScAl₄O₁₂单晶光纤是有潜力的红橙光波段激光增益介质。     

碳酸钙掺杂对Ⅰb型金刚石沿不同晶面生长行为的影响

作为天然金刚石生长环境的碳酸盐,研究其掺杂对人造金刚石晶体生长行为的影响具有重要的学术价值。本文运用高温高压下的温度梯度法,将碳酸钙(CaCO₃)按照不同比例掺杂到金刚石合成腔体内的碳源中,用以研究其掺杂对金刚石分别沿(100)或(111)晶面生长行为的影响。利用光学显微成像对掺杂合成金刚石晶体形貌的表征表明:随着碳酸钙掺量的增加,沿(100)面生长的金刚石晶形由塔状变为板状且出现了裂晶、连晶现象,晶体颜色先变浅再变黑,内部出现了包裹体;同样,沿(111)面生长的金刚石晶形由板状逐渐变为塔状且出现了裂晶、孪晶现象,晶体颜色逐渐变黑,内部包裹体增多。用激光拉曼光谱对掺杂金刚石晶体质量的表征表明:随着碳酸钙掺量的增加,沿(100)或(111)面生长的掺杂金刚石的拉曼峰位偏移量均增大,半峰全宽均变大。这说明碳酸钙掺杂使得金刚石晶格畸变增加、内应力变大。本文对碳酸钙掺杂影响沿两不同面生长金刚石的晶形、颜色、内部质量等行为的成因进行了分析,为本课题后续研究奠定了基础。     

Growth,structural and optical properties of 12%‐deuterated KDP crystals

K(D_0.12H_0.88)₂PO₄ crystals were chosen to be used for quadratic nonlinear medium of wideband frequency doubling at 1 μm. A key limitation on this application is that little information can be found in the previous reports. In this work, growth as well as structural and optical properties of this crystal were investigated in detail. Experimental results in comparison with KDP indicate that lattice parameter along a‐axis changes much more than lattice parameter c and infra‐red absorption edge shift by 0.08 μm accompanied with increasing of transmittance in the whole region. With the introduction of deuterium atom, peak of ν₁(PO4) shifts to lower wave number and transverse stimulated Raman scattering was effectively suppressed. Extra‐ordinary and ordinary indices were also measured as function of wavelength. Good crystalline perfection and great performance of damage threshold also indicate that 12%‐DKDP is an appropriate choice in the application of wideband frequency doubling at 1 μm.     

压电晶体YbBa3(PO4)3的生长与性质表征

压电材料在振动传感器、压力传感器和超声波压电换能器等器件技术领域有着广泛应用,探索新型压电晶体材料用于特种压电传感器件的研发具有重要意义。本文利用传统的提拉法生长出具有高熔点(~1 800 ℃)的磷酸钡镱(YbBa₃(PO₄)₃,YbBP)新型压电晶体。X射线衍射分析表明,该晶体属于立方晶系I43d空间群,晶胞参数为a=b=c=1.043 5 nm。研究发现,该晶体沿垂直于(013)晶面的方向更容易生长。摇摆曲线半峰全宽测得为60.6″,表明生长的晶体具有较高的结晶品质。采用LCR电桥法、阻抗法和超声法测算了该晶体的相对介电常数和压电应变常数,得到晶体的相对介电常数ε₁₁和压电应变常数d₁₄分别为15.3和11.4 pC/N。该晶体不仅具有较好的压电性能,同时具有纯的面切变振动模态,表明该晶体在压电传感技术领域具有潜在应用。     

8英寸导电型4H-SiC单晶的生长

采用物理气相传输(PVT)法扩径获得了8英寸(1英寸=2.54 cm)4H-SiC籽晶,用于8英寸导电型4H-SiC晶体生长,并加工出厚度520 μm的8英寸4H-SiC衬底。使用拉曼光谱、全自动显微镜面扫描、非接触电阻率测试仪面扫描和高分辨X射线衍射仪对衬底的晶型、微管、电阻率和结晶质量进行了表征。衬底颜色均一并结合拉曼光谱表明衬底4H-SiC晶型面积比例为100%;衬底微管密度小于0.3 cm^-2;衬底电阻率范围20~23 mΩ·cm,平均值为22 mΩ·cm;(004)面高分辨X射线摇摆曲线半峰全宽为32.7″,表明衬底良好的结晶质量。     

Eu3+离子注入β-Ga2O3单晶的应力变化和发光性质研究

采用离子注入法制备了不同剂量的β-Ga₂O₃:Eu³⁺样品,并在空气中进行了退火处理,成功实现了Eu³⁺的光学激活。通过拉曼和X射线衍射表征了β-Ga₂O₃晶体随Eu³⁺注入剂量的应力变化趋势,发现随着Eu³⁺剂量的增加,晶格应力先增加后减少,并对其内在机理进行了分析。利用阴极荧光光谱对晶体的发光性质进行了表征,主要观察到峰值位于380 nm附近、宽的缺陷发光峰以及峰值位于591 nm、597 nm和613 nm的Eu³⁺发光峰。通过高斯拟合发现,该380 nm发光峰主要由360 nm、398 nm和442 nm三个子峰构成,分别与自陷激子和施主-受主对有关。此外,Eu³⁺发光峰位置与强度受到基质局域晶体场的影响。     

α相和β相BiNbO4∶Eu3+的荧光性能

采用高温固相法合成出正交相和三斜相结构的BiNbO₄∶Eu³⁺样品,利用X 射线衍射(XRD)、拉曼光谱、吸收光谱和荧光光谱对样品的结构和光学性能进行了研究。结果表明:900 ℃合成样品为正交相结构α-BiNbO₄,而1 200 ℃得到三斜相结构β-BiNbO₄。吸收光谱得到α相和β相BiNbO₄的光学带隙分别为2.69 eV和2.96 eV,与第一性原理的理论结果2.640 eV和3.032 eV相吻合。Eu³⁺掺杂诱导二者的光学带隙蓝移至2.89 eV和3.05 eV,有效改变了其光响应范围。荧光光谱表明:Eu³⁺在两种结构的最强荧光峰均来自⁵D₀→⁷F₂电偶极跃迁,最强荧光峰分别位于615 nm和611 nm。Eu³⁺在β-BiNbO₄中的荧光强度更高,而且其⁵D₀→⁷F₂和⁵D₀→⁷F₁的荧光强度比值更大。与Eu³⁺相似,Er³⁺在β-BiNbO₄中具有更高的上转换荧光强度,其强度约是在α-BiNbO₄中荧光的近40倍,说明三斜结构BiNbO₄更适合做稀土离子的基质材料。     

Oscillator strength of the infrared absorption band near 1080 cm in SiO2 films

It has been well known that the absorption maximum of the peak near 1080 cm⁻¹ in amorphous SiO₂ films shifts continuously with variation of thickness and properties such as stress. This is a first report on the oscillator strength of the absorption against frequency at the absorption maximum. SiO₂ films on silicon wafers were prepared by thermal growth in either dry O₂ or an O₂/H₂ mixture or liquid-phase deposition in HF saturated with silica gel. The oscillator strength continuously decreased from 1×10⁻⁴ down to 1×10⁻⁵ with the frequency shift from 1099 to 1063 cm⁻¹.     

砷锗镉晶体的生长和变温霍尔效应研究

采用温度振荡法和改进的布里奇曼法进行了CdGeAs₂多晶合成与单晶生长,生长出ϕ28 mm×65 mm完整无开裂的CdGeAs₂单晶体。用金刚石外圆切割机切割出CdGeAs₂晶片,采用X射线衍射(XRD)和X射线能量色散谱仪(EDS)对合成的多晶粉末和切割出的晶片进行表征。结果表明,合成产物为单相四方黄铜矿结构的CdGeAs₂多晶,晶片的原子百分比接近于理想化学计量比。经傅里叶变换红外分光光度计测试发现,初生长的CdGeAs₂晶体在11.3 μm处的吸收系数为0.117 cm^-1,经过拟合计算得出禁带宽度为0.52 eV。通过变温(110~300 K)霍尔效应测试表明,CdGeAs₂晶体在110~300 K温度范围内都为p型导电,载流子浓度p_H和霍尔系数R_H随温度的升高分别升高和下降,而霍尔迁移率μ_H几乎不变。拟合计算出晶体中受主电离能E_A=0.305 eV,并进一步分析了生长晶体中可能存在的受主缺陷。