大尺寸ZnGeP2晶体生长与中红外光参量振荡

采用垂直布里奇曼方法生长了ZnGeP2单晶体,晶体毛坯尺寸达φ30 mm×120mm.晶体在2.05μm吸收系数0.05cm-1,3～8 μm吸收系数0.01cm-1,光损伤阈值2.0±0.3 J/ cm2.利用2.05μm Tm,Ho:CdVO4激光器为泵浦源,脉冲重复频率10 kHz.当泵浦功率16.3 W时,3～5μm光参最振荡输出8.7 W,光-光转换效率为53;,斜率效率为64;.     

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.     

大尺寸长波红外非线性晶体CdSe生长及应用

利用压力辅助法合成批量、高纯CdSe多晶原料,进行籽晶定向高压布里奇曼法生长,制备出φ(50 ～ 55) mm×(80 ～ 100) mm高品质单晶棒,加工出多相位匹配角度、多规格尺寸(6 ～8)2×(40 ～50) mm3晶体元件.元件在2.1 μm、2.6 μm、10.8 μm等多波段o、e偏振光测试下,吸收系数分别≤0.02 cm-1、≤0.02 cm-1、≤0.01 cm-1,通过光参量振荡实验,元件在10.1～10.8 μm波段实现1.05W长波红外激光输出.     

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.     

红外非线性材料ZnGeP2的研究(Ⅰ)——多晶料的合成

本文报告了红外非线性材料ZnGeP2多晶料的合成方法.该法是以元素态的磷、锗,锌为原料,通过直接化合的方法进行合成.合成的多晶料经比重测量和X-射线粉末衍射测试证明与标准值一致.该法为ZnGeP2晶体生长的研究奠定了基础.     

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.     

Nd:YVO4键合晶体声光调Q输出泵浦的光参量振荡器

通过采用非线性相位匹配的KTiOPO4晶体,成功实现了使用LD泵浦的Nd∶YVO4/Nd∶YVO4/Nd∶YVO4键合晶体激光器声光调Q输出泵浦的光参量振荡.当泵浦功率为8.29 W,声光调制频率为30 kHz时,获得了0.92 W的1570 nm信号光的最大平均输出功率,信号光的最窄脉宽为1.04 ns,最大峰值功率为29.5 kW.光光转换效率:对1064 nm泵浦光为54.4;,而对808 nm二极管泵浦光束只有11.1;.     

硫镓银晶体的化学腐蚀研究

采用改进的垂直布里奇曼(Bridgman)法自发成核生长AgGaS2晶体,在生长初期对生长安瓿籽晶袋进行上提回熔,生长出外观完整、无裂纹的大尺寸AgCaS2单晶体.采用XRD对晶体进行分析,获得了(112)、(001)和(101)面的高强度尖锐衍射峰.采用不同配比的腐蚀剂对晶体(101)、(112)及(001)晶面进行化学腐蚀,然后采用金相显微镜和扫描电镜观察,结果显示,(101)晶面蚀坑为清晰的近似三角形的四边形蚀坑,(112)晶面蚀坑为清晰的近似三角锥形,(001)晶面则呈现互相垂直的腐蚀线.初步分析了不同蚀坑的形成原因,计算出(101)和(112)面蚀坑密度约为105/cm2数量级.结果表明,改进方法生长出的大尺寸AgGaS2单晶体结构完整、位错密度低,质量较好.     

CdSiP2单晶生长及防爆工艺研究

对磷硅镉(CdSiP2)单晶生长过程中发生爆炸的原因进行了分析,设计出新型的逐层减压坩埚.通过在内外层坩埚之间的空腔内加入适量CdSiP2粉末产生的蒸气压,平衡和降低了晶体生长过程中坩埚内壁承受的压力,实现逐层减压,从而减小了内层坩埚形变,降低了生长容器爆炸的几率.同时,改进了布里奇曼生长法的降温工艺,生长出尺寸达φ14 mm×32mm的CdSiP2单晶体.X射线分析表明单晶衍射面为(204)晶面,回摆峰半峰宽值为0.434,衍射谱峰强度高,具有良好的对称性;晶体在1500～7500 cm-1波数范围的红外透过率达55;,吸收系数为0.10 ～0.17 cm-1,电阻率1.3×107 Ω·cm.     

新型中、远红外波段非线性光学晶体磷化锗锌

中、远红外波段黄铜矿类半导体晶体磷化锗锌(ZnGeP2,ZGP)非线性系数、热导率、光损伤阈值高,在中、远红外波段的频率转换方面有广阔的应用前景,特别是其非线性系数是KDP的160倍,是已知非线性光学晶体中最高者之一.该晶体的生长及其应用研究正在逐渐引起各国政府和科研人员的高度重视,并成为材料与光电子(激光)领域的研究热点之一.本文全面综述了该晶体的物性与电光性能,以及多晶原料的合成与单晶的生长方法和其应用前景.     

ZnGeP2晶体轴向成分均匀性对其红外光学性质的影响

运用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对垂直布里奇曼法生长的ZnGeP2晶体的轴向组成进行分析,发现晶体的成分不均匀。采用Rietveld全谱拟合精修定量分析各物相的相对含量,发现晶体轴向组成分布存在较大差异。晶体肩部和尾部含有Ge和Zn3P2杂相,而主体部分为单相ZnGeP2、质量相对较高。傅里叶变换红外光谱(FTIR)的测试结果表明,晶体轴向成分的差异对其红外透过率有较大影响。经过适当的热处理工艺,可以提高晶体的均匀性,改善其光学性能。     

高能电子辐照和退火对磷锗锌晶体红外光学性质的影响

对采用改进的垂直布里奇曼法生长出的磷锗锌(ZnGeP2)单晶体样品,在300 K,10 MeV高能电子束下进行辐照实验,测试辐照前后其红外透过率.同时,对样品进行同成分粉末包裹退火处理,对比两种工艺对磷锗锌晶体红外透过率的影响.实验结果表明,退火和高能电子辐照都能对磷锗锌晶体的红外光学性质产生影响,提高其红外透过率.在本文的实验条件下,退火工艺对磷锗锌晶体红外透过率的提高更为明显.     

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.     

高质量CdSe单晶生长及其OPO性能研究

本文利用有籽晶的HPVGF法生长了尺寸为φb54 mm× 25 mm的高质量CdSe单晶,晶体为纤锌矿结构,(002)和(110)面的XRD摇摆曲线半高宽分别为54.4"和45.6".使用红外显微镜和扫描电镜-能谱分析仪对晶体内部的夹杂相进行测试,表明晶体内部存在小尺寸富Se夹杂相.CdSe晶片在2.5～20 μm范围内的透过率高于68;,平均吸收系数为0.037 cm-1.制备出尺寸为10mm×12 mm×50mm且满足第Ⅱ类相位匹配条件的CdSe晶柱,在重频1 kHz,波长2.09 μm的Ho∶ YAG调Q泵浦源激励下,实现了中心波长为11.47 μm,线宽为33.2 nm的激光输出,最大输出功率为389 mW.     

ZnGeP2晶体轴向成分均匀性的XPS分析

通过改进ZnGeP2晶体的合成和生长工艺,获得了尺寸为φ24 mm×60 mm的ZnGeP2单晶体.采用X射线光电子能谱(XPS)对生长出的晶体轴向成分进行了分析.结果表明,晶体在籽晶、放肩和主体部分成分一致,在尾部存在X射线衍射(XRD)未能检测出的极少量的P和Ge的氧化物,说明生长出的ZnGeP2单晶体的轴向成分比较均匀.红外透过率测试显示,晶体的轴向各部分在3 ～8 μm波长范围内透过率均在56;以上,而尾部在近红外波段(1.3～2.6 μm)的吸收明显要高于其他各部分.     

大尺寸高质量掺钇氟化钡闪烁晶体的透光特性

氟化钡(BaF2)晶体是一种具有亚纳秒快闪烁成分的独特无机闪烁体,但其～600 ns的慢闪烁成分会在高计数率应用时引起严重的信号堆积问题,我们近期研究结果表明,1at;的Y掺杂即可有效抑制该慢闪烁成分.本研究采用真空坩埚下降法成功生长出大尺寸、高钇掺杂(3at;)的BaF2晶体,加工出的200 mm长BaF2:3at;晶体无肉眼可见包裹体和开裂等宏观缺陷,在200～800 nm范围内的光学透过率接近理论计算值,表明大尺寸BaF2:Y晶体的光学透过率和均匀性得到了显著地改善,有望应用于高能物理强度前沿实验等重要领域.     

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.