氟化钙晶体缺陷对应力双折射影响机制的研究

氟化钙(CaF2)晶体具有紫外透过率高(>99;@193 nm)、抗激光损伤阈值高等特点,在高功率紫外激光器、深紫外光刻机等领域具有广泛的应用.应力双折射是氟化钙晶体在实际应用中的关键性能指标,会导致通过晶体的光束发生形变,严重影响成像质量.采用坩埚下降法制备了尺寸为φ210 mm的氟化钙晶体,系统研究了CaF2晶体的位错和小角度晶界以及结晶质量对晶体应力双折射的影响,实验结果表明,位错密度的增高、小角度晶界的聚集、结晶质量的变差,会引起局部残余应力的集中,加剧应力双折射现象.     

CaF2晶体的生长与光学性能

采用导向温度梯度法(TGT)生长CaF2晶体,建立了生长炉内的垂直温度梯度场.研究表明影响晶体质量及光学性能的主要因素包括坩埚材料、温度场、生长程序及原料纯度等.从大量的实验中总结出TGT法生长高质量CaF2晶体的生长条件如下:石墨坩埚;轴向梯度≤2℃/mm;生长降温速率1.5～2.5℃/h;冷却速率≤40℃/h.     

共掺调剂离子Na+/Gd3+调控Eu∶ CaF2晶体的发光特性研究

采用多孔坩埚温度梯度法生长了0.6at; Eu∶ CaF2晶体和共掺0.6at; Eu,6.4at; Na∶ CaF2,0.6at; Eu,6.4at; Gd∶CaF2晶体.XRD测试表明晶体仍均表现为纯CaF2的立方相,共掺后吸收强度降低.以398 nm氙灯激发晶体材料,荧光光谱表明共掺调剂离子后可明显增加Eu2在424 nm处的发光强度,而Eu3的特征发射5 D0→7FJ(J=1,2,3,4)除了表现出半峰宽变大外,峰位和强度均无明显变化.0.6at; Eu,6.4at; Gd∶ CaF2表现出Eu3+的5 D2→7F3和5 D0→7F0特征发射峰,主要可能归因于共掺Gd3+后打破了非反演对称结构,R值(电、磁偶极跃迁比值)明显降低,提高了晶体格位结构的对称性.共掺Na+后在CIE色域坐标图上显示坐标由(0.303 7,0.142 5)可变为(0.204 3,0.062 6),对应从紫色到蓝色的色域调控.     

Ce3+单掺和Ce3+,Eu3+共掺杂CaF2晶体生长与光学特性研究

采用Bridgman方法在氩气氛保护的单晶炉内生长出了Ce3+掺杂的以及Ce3+和Eu3+共掺的CaF2晶体,利用Ce2O3和E2O3分别与氢氟酸反应合成了CeF3和EuF3掺杂试剂,对掺杂晶体生长的起始原料-特定组成的CaF2、CeF3、EuF3混合物进行了高温氟化处理,确定了掺杂晶体的物相,讨论了掺杂浓度对晶体紫外波段透过率的影响.此外,还初步分析了Ce3+和Eu3+共掺的CaF2晶体作为紫外滤光材料的可行性.     

Yb:CaF2透明陶瓷的制备与性能研究

采用共沉淀法合成5at;Yb:CaF2纳米粉体.该粉体为纯立方CaF2相,平均颗粒尺寸为45 nm.Yb:CaF2纳米粉体呈立方体状,具有较好的分散性.通过真空预烧结合热等静压烧结(HIP)后处理制备5at;Yb:CaF2透明陶瓷,研究了真空预烧温度对陶瓷物相、致密度、显微结构及光学透过率的影响.结果表明,不同温度真空预烧的陶瓷均为纯立方相,在650℃真空预烧的5at;Yb:CaF2陶瓷经HIP处理后具有最好的光学质量,其在1200 nm处的直线透过率达到87;(厚度为3 mm).     

大尺寸红外非线性光学晶体LiInSe2的生长与退火研究

硒铟锂(LiInSe2,LISe)晶体在长波红外激光领域有重要应用价值.目前高质量、大尺寸LISe晶体的稳定生长仍然面临挑战,通过气氛退火后处理工艺能够有效提高晶体光学质量.本文采用定向籽晶垂直布里奇曼法,通过精确控制籽晶熔接,实现大尺寸(φ40 mm×60 mm)LISe晶体的批量稳定制备,为目前国际上报道的最大尺寸LISe晶体.另外,系统探索了LISe晶体的退火工艺,研究表明在740℃、LISe本征气氛下退火150 h,可以明显提高LISe晶体器件光学质量.     

CaO/CaF2对低温无铅硼釉性状的影响

通过合理调配CaF2和CaO的加入量,在1120℃温度下制备出了具有较好光泽度的透明无铅硼釉及较好白度的硼乳浊釉.用单因素法探讨了CaO和CaF2含量对低温无铅硼釉釉面透明度(乳浊度)、光泽度、流动性的影响.结果表明,CaO可以抑制无铅硼釉的分相,降低釉的乳浊度,提高透明度,增加流动性,但含量多时会降低釉的光泽度.CaF2比CaO具有更强的助熔作用,可以使石英充分熔融,但同时由于釉粘度的降低,会析出钙长石和硅灰石晶体,降低釉的透明度.     

直径300 mm氟化钙晶体的生长

通过化学处理提纯晶体原料,采用模拟软件设计合理的温场结构,在系统实验优化晶体生长工艺的基础上,采用改进的坩埚下降生长方法(布里奇曼法)成功地生长出直径300 mm的CaF2晶体.CaF2晶体的透过率在0.15～8.3 μm波长范围内超过80;,最高透过率约为95;.     

Yb:FAP晶体生长

采用中频感应提拉法生长了Yb：FAP晶体。对晶体生长中影响晶体质量的因素特别是原料的处理、CaF2的挥发等进行了研究和讨论。运用ICP-AES测定Yb^3＋离子在Yb：FAP晶体中的分凝系数。对Yb：FAP晶体进行了高分辨X射线的四圆衍射实验,结果表明晶体具有比较高的晶格完整性。     

φ200mm蓝宝石晶体生长工艺研究

采用单晶提拉炉成功生长出φ200mm ×180mm大尺寸Al2O3晶体.探讨了晶体生长工艺参数和晶体开裂之间的关系,并讨论了晶体中的热应力、热应变、温度梯度、提拉速度之间的关系,分析了影响晶体质量主要是晶体开裂的原因,设计出生长大尺寸Al2O3晶体的最佳工艺条件.     

一种采用光学比较测角仪测量碲化镉晶体平行度的方法

对碲化镉晶体进行了光学加工,利用两台测量精度为1″的光学比较测角仪和一块平行度优于1″的平行平晶测量了其平行度,并且和光学加工过程中采用激光平面干涉仪测得的氟化钙陪片的平行度进行了比较,分析了这种测量方法的误差来源及大小.结果表明:采用此方法测得的碲化镉晶体的平行度和采用激光平面干涉仪测得的陪片的平行度相差不超过3″;此方法的误差主要来自于光学比较测角仪的测量误差和平行平晶的平行度误差,总误差最大不超过5″,能够满足碲化镉晶体平行度测试的精度要求.     

水热法ZnO晶体特征研究

ZnO具有优良的综合性能使其成为极有前途的下一代光电材料,水热法是一种重要的生长ZnO晶体的方法.本文对水热法生长的面积约150mm2的ZnO晶体进行了报道,研究了晶体不同方向的生长速度、形貌特征和光学性能.X射线摇摆曲线表明晶体的质量较好.对于光学性质的分析表明晶体生长时加入H2O2能显著提高晶体的质量.494nm附近的发光带可能与氧空位有关.520nm的发光可能与Na或者Si所形成的杂质能级跃迁有关.     

新型红外非线性光学晶体BaGa2GeSe6的生长与器件制备

钡镓锗硒(BaGa₂GeSe₆,BGGSe)晶体是由中国科学家发明的一种性能优异的新型红外非线性光学材料.目前国内未见到关于该晶体的大尺寸制备报道.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出BGGSe多晶,单次合成量达到400 g;采用坩埚下降法生长出大尺寸高质量BGGSe单晶,尺寸为φ30 mm×90 mm,为国内首次;通过定向、切割和抛光等处理工艺,成功制备出BGGSe晶体器件,为该晶体下一步的应用研究打下了坚实基础.     

改进的升华法制备氮化铝单晶体

采用改进的升华法在氮气环境下制备氮化铝单晶体.通过优化实验条件制备出了六角形的高质量的氮化铝单晶体.实验发现,在坩埚的不同区域得到的氮化铝晶体的大小和形态有所不同.讨论了温度梯度对氮化铝晶体尺寸大小和形态的影响.     

气相生长氮化铝单晶的新方法

通过在钨坩埚盖开小孔的方法改变氮化铝结晶衬底上的温度场分布,在开孔处形成局部低温区;由于孔的几何尺寸的限制和氮化铝晶体生长的各向异性,开孔处的氮化铝晶体单晶化;随后,开孔处的单晶起籽晶的作用,逐渐长成较大尺寸、较高质量的氮化铝单晶.目前用该方法已经制备出直径大于2mm的氮化铝单晶体.     

大尺寸Nd,Ce∶YAG激光晶体的生长及缺陷研究

双掺Nd,Ce∶YAG晶体相比传统的Nd∶YAG具有输出能量高、激光振荡阈值低的优点。近几年高能效固体激光器的发展对大尺寸、高质量Nd,Ce∶YAG晶体的需求越来越大。采用提拉法生长大尺寸Nd,Ce∶YAG时,极易出现包裹物和开裂缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了晶体在生长过程中产生缺陷的原因,并提出了解决办法,成功生长出直径ø50 mm等径长150 mm的高质量Nd,Ce∶YAG单晶。本研究可为批量化生长大尺寸Nd,Ce∶YAG晶体的质量改进提供方向和指导。     

高熔点稀土倍半氧化钪(Sc2 O3)晶体的生长

本文通过自主研发制造新型高温晶体生长炉,并采用热交换-温度梯度法的热场结构,从而克服了高温环境下坩埚污染.调节热场结构并引入循环气,增大了温度梯度并改善了结晶驱动力不足的问题.用热交换-温度梯度法生长了2英寸(1英寸=2.54 cm)级的氧化钪(Sc2O3)晶体,这一结果是目前已知的最大尺寸的倍半氧化物单晶.氧化钪晶体...     

AgGaS2晶体生长裂纹研究

从理论和实验上对AgGaS2晶体生长中易产生裂纹甚至开裂的现象与其热应力、晶体尺寸以及温度梯度、生长速率等生长参数之间的关系进行了研究.结果表明:晶体产生裂纹甚至开裂与生长速率、坩埚旋转速率、冷却速率所造成的热应力和热应变有关.采用改进的Bridgman法成功地生长出尺寸为φ12mm×30mm无裂纹的AgGaS2单晶体,给出了制备无裂纹、大尺寸AgGaS2晶体的较佳生长工艺参数.     

复合晶核剂对黄磷炉渣微晶玻璃析晶的影响

以黄磷炉渣为主要原料,通过添加不同种类的复合晶核剂,采用熔融法制备了黄磷炉渣微晶玻璃.借助化学热力学软件FactSage 6.4模拟计算晶相类型,借助Kissinger方程分析析晶能力,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)进行验证.结果表明:相比添加单一晶核剂TiO2,复合晶核剂TiO2+CaF2或复合晶核剂TiO2+P2O5均能够降低黄磷炉渣基础玻璃的析晶活化能E,促进其析晶,复合晶核剂TiO2+Cr2O3能够提高黄磷炉渣基础玻璃的析晶活化能E,抑制其析晶;无论添加单一晶核剂TiO2,还是添加复合晶核剂TiO2+CaF2、复合晶核剂TiO2+P2O5或复合晶核剂TiO2+Cr2O3,黄磷炉渣微晶玻璃晶相类型相同,主晶相为硅灰石(CaSiO3),副晶相为铝透辉石(Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6)和氟磷灰石(Ca5(PO4)3F),这与化学热力学软件FactSage 6.4模拟计算结果基本一致.     

零声表面波频率温度系数方向的硅酸镓镧晶体生长

采用提拉法生长了高质量、大尺寸、结构完整的声表面波零温度系数切向LGS晶体.XRD图谱显示,生长的晶体为单一相LGS晶体,晶格常数为a=0.816274 nm,c=0.509253 nm,密度为5.7463 g/cm3.压电常数、介电常数、热膨胀性能等与传统方向生长的晶体一致.用此方向生长的LGS晶体制作声表面波频率温度性能优化的切片,只需要垂直生长方向进行切割,可以大大简化晶体的加工工艺、提高LGS晶体的利用率,节省材料成本.