非线性光学晶体K3B6O10Br的生长与光电性能研究

采用顶部籽晶溶液生长法成功生长出尺寸为42 mm×20 mm×18 mm的高光学质量的紫外非线性光学晶体K₃B₆O₁₀Br(KBB)。根据其结构对称性要求,将KBB晶体定向加工成不同的器件切型,系统表征其光电性能。对KBB晶体电弹常数进行了系统的表征,受微观结构影响,压电常数各向异性较大,最大的压电常数d₃₃=6.69 pC/N。KBB晶体具有良好的激光频率变换、电光及压电性能,在光电子领域显示出潜在的应用前景。     

φ80 mm×200 mm级Ce:LYSO晶体的生长 与闪烁性能研究

使用提拉法获得了φ80 mm×200 mm级Ce:LYSO晶体,分析了影响晶体开裂和回熔的原因,并测试了晶体的闪烁性能.尺寸为17 mm×17 mm×17 mm头尾样品的光输出达到30400 ph./MeV和30000 ph./MeV,能量分辨率为9.4;和8.7;,衰减时间为41.7 ns和40.3 ns,表明该晶体具有优良的闪烁性能和光学均匀性.     

La3Ga5SiO14晶体压电系数的温度特性

测量了(yxf)-30°切La3Ga5SiO14(LGS)晶体30～300℃温度范围内的谐振特性.室温时压电常数d11和d14分别为5.59×10-12C/N和-5.01×10-12C/N.在室温至300℃范围内(yxl)-30°切La3Ga5SiO14晶片厚度切变振动的谐振频率和机电耦合系数k′26都随温度升高而升高,因此压电常数d11和d14也随温度升高而略有升高.     

铌酸钾锂晶体的生长和缺陷

用电阻加热提拉法生长了一系列较大尺寸,组分离子均匀性较好的铌酸钾锂晶体.利用X射线荧光光谱法测量了不同配比的熔体中生长出的晶体组成,用同步辐射X射线测量了晶体结构,结果表明随晶体组成变化,晶体的晶格常数发生了变化.根据晶体组分离子浓度与折射率的关系研究了晶体折射率变化情况,结果表明用本方法生长的大尺寸KLN晶体,寻常折射率no在测量误差范围内没有变化,非寻常折射率ne的变化率在820nm仅为1.22×10-4/mm,在410nm仅为1.93×10-4/mm.晶体的干涉条纹证明了晶体有良好的光学均匀性.结合晶体生长实验,探讨了改进晶体组分离子浓度分布均匀性的方法,结果表明采用籽晶和坩锅向相同方向旋转可以改善晶体生长界面处组分离子浓度的波动,提高晶体组分离子均匀性.晶体的缺陷研究表明晶体结构完整性较好,位错形状与晶体结构相一致,密度为7.5×104,[001]轴是晶体的极化轴.晶体对890～960nm波长范围的cw-Ti:sapphire激光倍频结果表明晶体有良好的倍频性能.     

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.     

铁电唯象理论在压电单晶工程化畴研究中的应用

本文运用朗道-德文希尔自由能函数计算了钙钛矿型固溶体压电单晶在自发极化方向的压电常数d33及工程化畴化方向的压电常数d′33.研究结果表明,工程化畴方向具有比自发极化方向更优越的压电性能,当晶体的成分越靠近准同型相界的时候其压电常数越大,准同型相界附近成分晶体的压电反常主要是由于垂直于自发极化方向的介电常数的非稳性引起的.     

xPMnS-(1-x)PZN陶瓷极化特性研究

本文研究了xPMnS-(1-x)PZN四元系压电陶瓷的极化性能、谐振频率附近的介电性能及谐振频率温度稳定性.结果表明,xPMnS-(1-x)PZN陶瓷中以取向极化为主,具有很好的谐振频率温度稳定性.组成为x=0.6时,xPMnS-(1-x)PZN陶瓷具有最好的综合压电性能,可用于在谐振频率附近应用的水声换能器.     

三元铁电单晶Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3生长及性能表征

采用高温助熔剂法首次成功生长出了Pb(Yb1/2Nb1/2) O3-Pb(Zn1/3Nb2/3) O3-PbTiO3 (PYZNT)三元铁电单晶,并对晶体组分、介电、铁电和压电性能进行了研究.结果表明,晶体为纯三方钙钛矿相,实际组分为0.68PYN-0.22PZN-0.1PT.分别对晶体的介电,铁电和压电性能进行研究.介电常数ε'和介电损耗tanδ对温度和频率表现出典型的弛豫行为.晶体的居里温度TC为80℃.由于反铁电体PYN含量较高,晶体具有非常大的矫顽场,在100kV/cm的外电场条件下极化还不能反转,因而无法得到饱和的电滞回线.在未极化条件下,测得晶体的压电常数d33为78 pC/N.     

新型弛豫铁电晶体PIN-PT的单晶生长与性能表征

按照0.65Pb(In1/2Nb1/2)03-0.35PbTiO3的计量组成,应用高温固相分步合成方法制备出钙钛矿相PIN-PT多晶料,采用熔体坩埚下降法生长出尺寸φ20 mm × 50 mm的PIN-PT晶体毛坯.采用XRD、DTA/TG对PIN-PT晶体的结晶物相与热学性能进行了分析表征,测试了(111)取向PIN-PT晶片样品的介电温谱、压电常数和电滞回线.结果表明所生长晶体毛坯呈现具有显著特征的结晶相分布,即晶体毛坯中间部分为钙钛矿相而外围部分出现焦绿石相,且钙钛矿相晶体呈现沿晶体毛坯轴向逐渐发育生长趋势;取自晶体毛坯中上部的晶片基本为四方相,其(111)取向晶片的压电常数d33 ～415 pC/N,机电耦合系数k33～37.5;,室温介电常数ε～3095,介电损耗ta硒～1.0;,居里温度达266℃,矫顽电场Ee～11.04 kV/cm,剩余极化Pr～ 21.07 μC/cm2.     

大尺寸氟化铽锂晶体生长与性能

氟化铽锂(LTF)晶体具有大的维尔德常数、低的吸收系数,是一种性能优良的磁光晶体材料,适合用作高功率、大能量激光系统用磁光器件的磁光材料。本文以高纯TbF₃和LiF为原料,采用电阻加热提拉法,在Ar气和CF₄混合气体保护下,成功生长出了直径达2英寸的大尺寸LTF晶体。该晶坯外观完整,具有良好的光学均匀性和较低的残留应力,He-Ne激光照射下无肉眼可见散射颗粒。该晶体还加工出了直径为10 mm的LTF晶体元件,测试其单程损耗系数、消光比、透过波前畸变和弱吸收系数等参数,结果表明生长的LTF晶体具有良好的光学质量,其维尔德常数约为市售商用TGG晶体的98%。     

基于掺杂压电薄膜的FBAR制备及研究

薄膜体声波谐振器(FBAR)具有体积小、工作频段高、性能强等优势,在滤波器领域有广泛的应用前景,其最核心的功能层为压电薄膜。本文采用磁控溅射方法,在6英寸硅片上制备了AlScN压电薄膜。对AlScN薄膜进行了分析表征,结果表明,AlScN压电薄膜具有良好的(002)面择优取向,摇摆曲线半峰宽为1.75°,膜厚均匀性优于0.6%,薄膜应力为10.63 MPa,薄膜应力可调。制作了基于AlScN压电薄膜的FBAR谐振器,其机电耦合系数为7.53%。在AlN中掺杂Sc能够有效提高压电薄膜的机电耦合系数,对研究FBAR滤波器的宽带化有重要意义。     

单晶炉横向磁场的优化设计与实现

本文利用有限元法对152.4 mm(6 inch)单晶炉355.6 mm(14 inch)坩埚横向磁场的磁场强度、磁场分布和均匀度,以及线圈匝数、铁芯半径、导线截面积、磁极宽度和高度等影响因素进行了模拟分析和优化.在此基础上得到了磁场的优化参数,并对优化设计参数进行了实验验证.结果表明:模拟方法合理,结果正确、符合实际,可运用于实际设计.为磁场设计提供了一种可靠的模拟新方法和经验数据.     

声表面波用压电晶体的新进展

报道了我们在Li2B4O7、Sr3Ga2Ge4O14、LiNbO3、LiTaO3等声表面波用压电晶体材料方面的最新研究进展.采用改进型坩埚下降法成功生长了直径3～4英寸的Li2B4O7晶体,并实现了批量生产.作为硅酸镓镧系列新型压电晶体之一,Sr3Ga2Ge4O14晶体具有最大的压电系数.报道了直径2英寸Sr3Ga2Ge4O14晶体的生长结果,测试了该晶体的压电性能.在CO2(90;)、H2(10;)混合气氛中,分别在700℃和450℃下对LN和LT晶片进行化学还原处理,成功制备了3英寸LN和LT低静电黑片,不仅减少了器件制作工序,而且使成品率提高了5～8百分点.此外,在密封坩埚中生长了低静电LiNbO3晶体,观察到一些新的现象.     

φ100 mm级Ca∶Ce∶LYSO闪烁晶体生长及闪烁性能研究

为了满足具有飞行时间技术特点的正电子发射断层扫描仪(TOF-PET)对光输出高、衰减时间短以及上升时间快的Ce∶LYSO闪烁晶体的需要,本文采用中频感应提拉法生长φ100 mm×100 mm级Ca∶Ce∶LYSO闪烁晶体。晶体整体无色透明、无包裹体。经过紫外可见分光光度计测试,晶体透过率接近理论值,质量较好。将晶体切割研磨抛光后,分别进行脉冲高度谱、衰减时间能谱等测试。在¹³⁷Cs放射源激发下,Ca∶Ce∶LYSO晶体的光输出达到33 962 ph/MeV,能量分辨率为8.6%,衰减时间达到36.70 ns,均优于Ce∶LYSO晶体。通过对晶体轴向及尾部径向取样,相对光输出和能量分辨率不均匀性分别为±2.4%、±9.4%及±1.18%、±6.8%,证明晶体具有较好的均匀性。     

CdSe晶体倍频光学参数及元件加工研究

对红外非线性光学晶体CdSe的倍频光学参数及其元件加工进行了研究.根据非线性光学原理和折射率色散关系,从理论上计算出CdSe晶体的有效非线性系数和倍频元件相位匹配角与基频光波长(5.5～10.0 μm)的调谐特性曲线,从实验上探索到一种通过解理试验和XRD定向测试,快速确定其光轴方向的晶体定向新方法.结果表明,CdSe晶体在Ⅱ类相位匹配条件下的有效非线性系数d_(eff)为d_(15)sinθ,倍频转换效率与方位角无关;在Ⅰ类相位匹配条件下其有效非线性系数d_(eff)恒等于0,无倍频输出.根据理论计算结果,运用定向新方法,针对VUVG法生长出的外观无方向特征的CdSe晶体,经定向切割、研磨和抛光,初步加工出基频波长为9.6 μm的CdSe晶体Ⅱ类相位匹配倍频元件, 尺寸达9.5 mm×9.5 mm×18 mm.     

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(～1800℃)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I 43d空间群,晶胞参数为a=...     

Piezoelectricity Effect Detector

An apparatus for the detection of the piezoelectricity effect in non-conducting crystals is described. It is possible to mark the crystal resonance frequency and show the resonance curve on the oscilloscope, both with or without mechanical contact between the crystal and electrodes. For the urotropine crystals the section of the surface of the longitudinal piezoelectric effect with (110) plane was determined without mechanical contact.     

提高(100)晶向磷化铟单晶的成晶率和质量的研究

通过对高压液封直拉法单晶生长过程的热传输和影响熔体温度起伏的几个关键因素的分析,研究适合生长(100)晶向磷化铟单晶的热场系统,有效地降低了孪晶产生的几率,重复地生长出了整锭掺硫和掺铁的、直径为50mm和76mm的(100)磷化铟单晶.测试结果表明我们生长(100)磷化铟单晶的热场在生长过程中使晶锭保持较为平坦的固液界面,可稳定地获得具有低的缺陷密度和良好的电学均匀性的高质量磷化铟单晶材料.     

Elastic,Piezoelectric and Dielectric Constants of Pentaerythritol

The elastic, piezoelectric and dielectric constants of pentaerythritol, C(CH₂OH)₄, have been computed employing the method of long waves and the unscreened rigid ion potential model developed by RAMAMOORTHY and KRISHNAMURTHY. Piezoelectric contribution is taken into account in the computation of elastic constants. This is the first report on the piezoelectric and dielectric constants of pentaerythritol. In the notations followed by LANDOLT-BORNSTEIN the computed piezoelectric constants are: _g14 = 4.82, _g15 = 4.37, _g31 = 16.21 and _g36 = 5.89 (in unit of 10⁻¹Vm/N) and the static dielectric constants are: K₁ = 2.38 and K₃ = 2.47. The hydrogen bonding in pentaerythritol has no effect on its dielectric behaviour. Calculation of acoustic velocities in piezoelectric crystals and as a special case to the crystals of class 4 is explained in detail. Sound velocities calculated from the elastic, piezoelectric and dielectric constants computed in the present investigation agree with the experimental values determined by the ultrasonic method.     

Growth and Characterization of Na2CaGe6O14 Single Crystals

Transparent, crack-free Na₂CaGe₆O₁₄ (NCG) single crystals were successfully grown using the Czcchralski technique. The largest crystal had 30 mm in total length and 18 mm in maximal diameter. Best crystal quality was achieved under low temperature gradient arrangement. The crystal structure of NCG has been refined from single crystal X-ray diffraction data. Some piezoelectric properties of NCG are reported.