坩埚旋转下降法生长硒镓银单晶体

本文报道了硒镓银多晶原料合成与单晶生长的新方法--熔体温度振荡法和坩埚旋转下降法.5～6N高纯Ag、Ga、Se单质按AgGaSe2化学配比富0.5;Se配料,1100℃下合成并在熔点附近进行温度振荡,获得了高纯单相致密的AgGaSe2多晶材料.用合成的多晶为原料,采用坩埚旋转下降法生长出φ22×80mm的AgGaSe2单晶锭.晶体外观完整,在10.6μm附近红外透过率达62.4;,吸收系数低于0.01cm-1,对10.6μm CO2激光实现倍频,能量转换效率达12;.     

新型AgGa1-xInxSe2晶体用于CO2激光倍频研究

本实验室用布里奇曼方法成功生长出有应用前景的新型四元非线性AgGa1-xInxSe2晶体,对晶体光学透过,红外低倍显微成像,反射损耗和吸收系数进行了研究和计算.基于纯AgGaSe2和AgInSe2的Sellmeier方程,用线性内插方法计算了不同In含量的AgGa1-xInxSe2在0.9～19μm的Sellmeier色散系数并建立了Sellmeier方程.计算和描绘了Ⅰ型相位匹配CO2激光二次谐波产生的调谐曲线,并标出我们的倍频实验数据.在近似非临界相位匹配条件下,进行了TEA CO2激光10.6μm在AgGa1-xInxSe2中的倍频实验研究,并与AgGaSe2进行了比较,测量的1#AgGa1-xInxSe2相位匹配角θ及相位匹配接收外角△θext·L分别为88.2°和7.7°·cm,AgGa1-xInxSe2的倍频效率比AgGaSe2高出近3倍.     

中国工程物理研究院化工材料研究所新材料研发中心高能红外激光晶体与陶瓷团队

正中国工程物理研究院化工材料研究所新材料研发中心高能红外激光晶体与陶瓷团队长期专注于高能红外激光材料与器件的开发,统筹研究近、中、远红外激光介质(晶体和陶瓷)及其在高功率全固态激光方面的应用。掌握了坩埚下降法、竖直/水平梯度冷凝法等晶体生长方法,先后成功生长了高品质大尺寸ZnGeP2、AgGaS2、AgGaSe2、GaSe、BaGa2GeSe6和Dy∶PbGa2S4等中远红外晶体并加工出高品质晶体器件,产品实现进口替代并返销欧美;掌握了激     

部分硫/硒(S/Se)红外非线性晶体原料的快速合成方法研究

含有硫/硒(S/Se)元素的部分化合物在现有中红外非线性晶体材料中占据相当重要的地位.高纯多晶原料是生长优质S/Se光学晶体的基础,但常规合成方法存在周期长、数量少等缺点.为此,针对部分S/Se化合物,我们对传统的合成方法进行优化、改进,实现GaSe,AgGaSe2,AgGaGeS4,AgGaGe5Se12等的快速合成,单次合成原料200～300 g,合成周期小于48 h,经过粉末衍射(XRD)测试表明合成的原料质量较好,能够生长出较大尺寸单晶.文中对快速合成方法的机理、存在的问题等也进行了相关讨论.     

长波红外用准相位匹配材料研究进展

8 ～ 12 μm长波红外波段激光在红外对抗系统、测距和瞄准系统、痕量气体监测、频谱分析和无线通信等多个领域具有重要的应用价值.随着红外固体激光器的波长不断向长波长扩展,急需长波红外非线性光学材料.但是CdSe、GaSe、ZnGeP2、AgGaSe2、LiInSe2、CdGeAs2、BaGa4Se7等非线性光学晶体受长波红外透过率、非线性系数、热导率、泵浦源波长的影响,而通过发展OP-GaAs、OP-GaP、OP-ZnSe等性能优异的准相位匹配材料来实现长波激光输出有望克服上述材料的缺点.本文主要对长波红外用准相位匹配材料进行梳理,分别从材料性能、制备技术,以及激光应用等方面综述它们的研究进展并对其应用潜质和技术瓶颈进行分析.     

硫镓银单晶生长新方法探索

在同一安瓿中一次性合成、生长出了外形完整、无裂纹的AgGaS2单晶体,尺寸达φ10mm×20mm.并进行了X射线能谱元素分析,测定了AgGaS2多晶粉末衍射谱,以及单晶体的红外透射谱,同时得到了(112)、(024)面的X射线单晶衍射谱,结果表明生长的单晶体可用于器件研究.     

中远红外非线性光学晶体AgGaS2、AgGaSe2和AgGa1-xInxSe2研究进展

综合报道了本实验室关于黄铜矿类I-III-VI2型系列晶体的研究进展。采用两温区气相输运温度振荡法合成出高纯、单相、致密的多晶材料,在三温区立式炉中用坩埚旋转下降法生长出AgGaS2、AgGaSe2和AgGa1-xInxSe2等系列单晶体,X射线单晶衍射谱和回摆谱表明晶体的结晶性好,结构完整;红外透过率接近理论值,吸收系数低于0.017 cm-1,表明生长的晶体光学质量高。研究出一种新的能对AgGa1-xInxSe2晶体(112)晶面进行择优腐蚀的腐蚀剂:(30 g CrO3+10 mL H2O)∶H4PO4(85%)∶HNO3(65～68%)∶HF(40%)=10∶10∶10∶2(体积比),在60℃下腐蚀40 min,能够清晰地显示出AgGa1-xInxSe2晶体(112)面取向一致的三角形腐蚀坑,边界清晰,蚀坑密度大约为105/cm2数量级。采用自行研制的晶体定向切割新方法,加工出AgGa1-xInxSe2-OPO器件,获得了3～5μm的激光输出,光-光转换效率达21%。     

红外非线性晶体材料AgGa1-xInxSe2的生长和性能表征

AgGa1-xInxSe2是近几年来研制的新型红外非线性光学晶体材料,其主要特点是借着Ga和In含量,即x值的变化,改变材料的折射率、双折射,实现三波共线非线性作用的非临界(90°)相位匹配.我们用垂直布里奇曼法生长单晶,获得了φ35mm×50mm的AgGa1-xInxSe2单晶棒.对生长出晶体棒In的浓度分布进行了测试.晶体元件用红外观察镜和分光光度计分别进行了观察和测试,晶体透光率良好.用一台TEA CO2激光泵浦一块5×6×16mm3的AgGa1-xInxSe2(x=0.3234)晶体元件,成功地实现了10.6μm非临界相位匹配倍频,输出5.3μm的中红外激光.     

磷锗锌晶体的热处理研究

采用改进垂直布里奇曼法生长出的磷锗锌(ZnGeP2,ZGP)晶体中存在各种缺陷,导致其红外透过率较低,刚生长的晶体不能直接用于制备红外非线性光学器件.分别采用真空、同成分粉末包裹和真空-同成分粉末包裹的复合退火工艺对生长的ZGP晶体进行了退火热处理研究.应用傅立叶红外光谱仪(FTIR)、高阻仪(HRM)、X射线能谱仪(EDS)等对退火前后的晶体性能和成分进行了测试分析.结果表明,三种方法退火后晶体的红外透过率和电阻率都得到改善,其中复合退火工艺的改善效果最为显著,晶体红外透过率由41;提高到60;,电阻率由2.5×108 Ω·cm提高到7.2 ×108 Ω·cm,晶体成分接近ZGP理想化学配比,退火后晶体的光学和电学性能得到显著改善,可用于ZGP-OPO器件制作.     

ZnGeP2单晶生长温场研究

根据ZnGeP2(ZGP)晶体的生长特性,自行设计组装了三段式独立控温生长炉,优化了温场分布.采用改进的垂直布里奇曼法成功生长出外观完整、无裂纹的ZGP单晶体,尺寸达15 mm×35 mm.对晶体进行解理实验和X射线衍射分析,发现ZGP晶体易沿(101)面解理,其回摆峰尖锐无劈裂.对未经退火处理的晶片进行红外透过率测试,在2～12 μm波段内红外透过率达45;以上.研究结果表明所设计的温场适合于ZGP单晶生长,生长出的ZGP晶体完整性好、质量较高.