高温闪烁晶体Ce：YAP的生长研究

Ce:YAP晶体具有优良的闪烁性能，其主要特点是光产额大，衰减时间短，发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配，在γ射线探测，核医学等方面有着广阔的应用前景。我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce:YAP晶体，成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题，并对晶体生长过程中的爬料，纯YAP晶体着色等现象作了讨论。X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm，吸收测试则显示晶体在254nm,366nm处在两个吸收峰。     

高温闪烁晶体Ce∶YAP的生长研究

Ce∶YAP晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大,衰减时间短,发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测、核医学等方面有着广阔的应用前景.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶YAP晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题,并对晶体生长过程中的爬料、纯YAP晶体着色等现象作了讨论.X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm,吸收测试则显示晶体在254nm、366nm处有两个吸收峰.     

高温闪烁晶体Ce:YAP的化学腐蚀形貌

本文报导了Ce:YAP晶体位错蚀坑的腐蚀条件;同时报导了几个主要晶面的位错蚀坑形貌,(100)面呈扁豆形,(010)面呈菱形,(101)面呈椭圆形,这些形状与各自晶面的对称性一致.通过蚀坑形貌在晶体横截面内观察到了小面生长核心区和熔质尾迹等缺陷,并分析了其成因.     

低阻值In掺杂CdZnTe晶体的退火改性

以Cd_(1-y)Zn_y合金作退火源,对采用改进的垂直布里奇曼法(MVB)生长的In掺杂的Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶片进行退火改性.结果表明:与退火前相比,退火后晶片的成分均匀性提高,Cd、Zn和Te三种元素的含量更接近理想的化学计量比,平均红外透过率由12;提高到59;,电阻率从3.5×10~6 Ω·cm提高到5.7×10~9 Ω·cm,且在PL谱中出现了代表晶体质量的(D~0,X)发光峰.在合适的条件下对低阻值In掺杂的CdZnTe晶体进行退火改性可较好的提高晶体的性能.     

Yb:YAP晶体的光谱性能研究

应用中频感应加热提拉法生长出掺杂浓度为10;原子分数的Yb:YAP晶体,研究了室温下Yb:YAP晶体的吸收和发射光谱特性以及荧光寿命.Yb:YAP晶体在959nm处有最强吸收,吸收截面约为1.51 × 10-20 cm2,在1040nm处的发射截面为0.6 ×10-cm2,激光上能级荧光寿命为1.2 ms,此处自吸收较小,是实现激光输出的候选波长.研究了氧气退火对Yb:YAP晶体的光谱性能的影响.Yb:YAP晶体轴向效应明显,b轴将是作为激光输出的首选方向.比较了Yb:YAP晶体和Yb:YAG晶体的光谱性能参数.     

YAP∶Ce晶体伽玛能响及抗中子能力研究

YAlO3∶Ce(YAP∶ Ce)是近年国内新研制出的实用型快响应无机闪烁晶体.本工作针对YAP∶ Ce晶体与光电倍增管组合构成闪烁探测器,根据闪烁体沉积能量与质能吸收系数等相关参数的核物理理论关系,通过解析方法计算了多种γ能量对应的灵敏度,同时应用Monte Carlo方法模拟,获得了YAP∶ Ce晶体对γ射线的能量响应理论趋势;并通过实验测量了该探测器对γ和中子多种能量点的灵敏度,以检验理论和模拟计算的可靠性.理论和实验结果表明:YAP∶ Ce闪烁探测器0.3 MeV～ 1.25 MeV能区γ灵敏度随能量的增加而平缓地增加;其中1.25 MeV能量的灵敏度比0.37 MeV能量的灵敏度高约70;;同时具有较强的抗中子干扰能力:1.25 MeV的γ灵敏度与DT(14.1 MeV)中子灵敏度相当,比DD(2.54 MeV)中子灵敏度高5倍多;并且实验结果与理论计算、M.C模拟结果差异在5;范围内.     

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.     

退火处理对CdZnTe晶体光电性能的影响

研究了生长态CdZnTe晶体在经历了不同温度和时间的Cd/Zn和Te气氛退火后,其光电性能的变化规律.研究表明,在Cd/Zn气氛下退火180 h后,CdZnTe晶体中直径在5μm以上的Te夹杂的密度减小了1个数量级,晶体的体电阻率由1010 Ω·cm减小至～107 Ω· cm.同时发现,Cd/Zn源区的温度决定了退火后晶体在500～4000cm-1范围内红外透过率曲线的平直状态,这可能与晶体中的Cd间隙缺陷浓度相关,而与晶体中的载流子浓度和夹杂/沉淀相状态无关.在Te气氛下退火时,发现晶体的红外透过率的平直状态与晶体电阻率的对数lg(ρ)呈近似线性关系,同样可归因于退火过程中Cd间隙缺陷的浓度变化.     

EDTA和KCl掺杂对KDP晶体光学质量的影响

通过传统降温法生长了不同EDTA和KCl剂量掺杂的KDP晶体,并观察了晶体的光散射情况,测定了晶体柱区样品的透过率和晶体中Fe、Cr、Cl三种杂质元素的含量,结果表明:低浓度的EDTA(0.01 mol;)和KCl(＜1.5 mol;)掺杂可以提高晶体的透过率,但高浓度掺杂(0.01 mol;EDTA, 2.0 mol; KCl)会导致晶体散射严重,透过率降低,KCl浓度达到2.5 mol;后晶体生长受到抑制,晶体缺陷严重;晶体中铁Fe3+、Cr3+的总含量随着掺杂浓度的增加而减少,晶体中并没有发现Cl元素存在.     

退火条件对KDP晶体光学质量的影响研究

本文在不同退火温度和时间下对KDP晶体进行退火实验,并对其光学质量进行了测试和分析.实验表明:合适的退火条件可以增加晶体的透过率、提高光学均匀性、减少散射颗粒,其中160℃为KDP晶体最佳退火温度.在相同的退火温度下,延长退火时间能够更好地提高晶体的光学均匀性和结构完整性.在160℃下退火48h能够使晶体的光损伤阈值提高28;,退火240h能够提高40;以上.     

大尺寸掺铥铝酸钇晶体生长工艺研究

通过提拉法制备了直径50 mm,长度144 mm的大尺寸、高质量的Tm:YAP激光晶体,研究了不同的温场结构对于晶体完整性以及晶体质量的影响,结果表明上空腔温度梯度较小,温度均匀性较高的温场设计能够有效的解决Tm:YAP晶体开裂、解理、弥散状散射和絮状物现象.     

大尺寸掺钕和掺铥铝酸钇晶体的生长和退火技术

通过分析铝酸钇(YAP)晶体产生孪晶、开裂、色心和弥散性散射的原因,探讨了克服这些缺陷和问题的技术途径.采用提拉法生长了b轴方向的掺钕和掺铥铝酸钇(Nd:YAP和Tm:YAP)晶体,通过温场系统、生长工艺参数和切割工艺的优化,克服了晶体开裂的问题,晶体直径达到46mm;通过真空退火工艺,既显著减轻了紫外和可见区的色心吸收,又减小了晶体的应力,有助于克服晶体在加工过程中的开裂问题.晶体生长实验和晶体的显微观察表明:YAP晶体中的弥散状散射很可能同熔体中组分的均匀性有关,通过增大晶体的直径,增强强迫对流有助于减轻晶体中的弥散状散射.高质量b轴Nd:YAP和a轴Tm:YAP晶体已分别实现二极管泵浦大于140W的1.079μm和大于10W的1.99μm激光输出.     

彩色刚玉多单晶体的梯形水热生长

使用一种新型的黄金梯形籽晶架悬挂多个籽晶片,在新设计的大型高压釜中使用氧化-还原缓冲技术和不同的致色离子或致色离子对缓慢释放技术生长出了多种颜色的厚板状刚玉类宝石晶体,通过常规宝石学检测晶体质量和天然品类似.     

晶体中的各向异性研究

晶体在生长和使用过程中均表现出其独特的各向异性。本文针对一些典型的无机材料在结晶生长和机械性能方面的各向异性,构建了组成与性质之间的关联关系,确立了从材料的组成出发定量计算和预测其物理化学性质的模型方法。结晶生长的化学键合理论揭示了材料的各向异性生长形态取决于微观层次上不同结晶方向的表面键合结构,材料硬度的电负性模型揭示了组成原子的电负性和键合方式决定了材料硬度的各向异性。     

基于光子晶体的结构色隐形眼镜的构建及应用

光子晶体(photonic crystal, PC)是由不同折射率的介质周期性排列而成的微结构,因独特的对光波传播方式的调控能力,被广泛应用于能源转换、传感、显示和防伪领域。用于视力矫正的隐形眼镜具有长期佩戴安全性,为眼部生理参数(如葡萄糖、眼内压(IOP)、角膜温度和pH值等)的无创连续监测和药物递送提供了可穿戴平台。本文概述了光子晶体及隐形眼镜,主要论述了基于光子晶体的结构色隐形眼镜的构建策略及其在作为眼部传感和紫外防护方面的应用,最后对存在问题和发展前景进行了展望。     

Study on the Growth of Triglycinsulphate Single Crystals

Crystallization of TGS at 52.0°C - above the transition point - has been studied in a wide range of supersaturation of the solution (σ = 0 to 10⁻²). The rates of growth of {110} and {001} faces were measured as a function of supersaturation at constant hydrodynamical conditions (Re = 3.4 · 10⁻³). Further, the influence of hydrodynamical conditions on the growth of {110} faces at constant supersaturation (σ = 4.2 · 10⁻³) was established. The parameters of the experimentally found dependences are determined on the basis of the surface-diffusion model of BURTON . CABRERA and FRANK . From these dependences follows that the growth rate of the {110} faces is already almost limited by the volume diffusion of TGS molecules towards the crystal surface, while in the case of {001} faces the surface diffusion mechanism of crystallization is clearly manifested. Dislocation densities in the crystals have been determined by means of etching technique. The number of dislocations increases with increasing supersaturation; hence, supersaturation of the solution together with the processes taking place in the regeneration zone surrounding the seed determine the number of dislocations in the crystal volume and thus the resulting structural perfection of single crystals. Investigation of the spontaneous redistribution of domains showed that the growth rate of TGS crystals influences the dielectric properties to much smaller extent than does chemical purity.     

挥发物对BBO晶体的腐蚀研究

采用顶部籽晶法,以NaF为助熔剂生长非线性光学晶体材料β-BaB2O4(简称BBO)晶体.在生长过程中发现挥发物掉落在晶体表面并严重腐蚀晶体.通过X射线粉末衍射分析,发现挥发物的主要成分是NaF,它不仅腐蚀晶体表面,而且引起晶体内部包裹物的形成.X射线衍射分析和质谱分析表明包裹物的主要成分是BaB2O4,另有少量Na+存在.探讨了由挥发物引起晶体内部形成包裹物的机理.     

掺镨钒酸钆晶体的研究

生长了新型激光晶体Pr:GdVO4,经XRD分析可知生长的晶体与纯GdVO4晶体结构一致,晶体质量良好.室温下测试了晶体400～3000 nm范围内的吸收光谱.通过对吸收光谱研究,发现σ谱图中各吸收峰吸收强度更大,宜选择入射光传播方向和电矢量均垂直于光轴的方向进行激光实验.采用404 nm的激发源抽运Pr:GdVO4晶体,测试其荧光光谱,发现其在可见波段有宽且强荧光发射(604 nm、616 nm),对应于1D2→3H4.比较不同浓度晶体的荧光谱,荧光强度呈现如下趋势:0.5;>0.7;>0.32;.     

KDP类晶体快速生长技术研究

概述了本课题组在KDP类晶体快速生长领域的研究及进展情况。通过集成生长设备的管道系统、升级连续过滤系统、研发晶体生长过程的实时监控系统以及高精度退火设备,实现晶体生长系统的集成化;通过数值模拟优化晶体表面流场状态、全流程量化控制实现晶体稳定生长以及精密热退火进一步提升晶体性能;针对点籽晶快速生长KDP类晶体中存在的柱锥交界面问题,相继提出了长籽晶锥区限制生长法和长籽晶自由生长法,为大尺寸高性能KDP类晶体生长提供新的技术方案。     

上转换激光晶体研究进展

本文综述近年来晶体材料的上转换过程研究进展，介绍了上转换发光晶体材料研究中的一些新动向以及在室温环境下，掺杂稀土离子的晶体上转换激光运转的成功经验，列举了几种室温上转换激光器的泵浦条件、发射波长、以及转换效率等参数，说明晶体材料的上转换激光技术已趋于实用化。