从矿物宝石到光电功能晶体——解读蒋民华先生《晶体赋》

晶体美丽有用,构造和谐有序。光电功能晶体可实现光能和电能的相互转化,在微电子、光电子、通信、航天及现代军事技术等高科技领域占有重要地位。人类认识晶体,源于天然矿物。从矿物晶体的发现到光电功能晶体的人工生长和应用经历了漫长的发展,晶体种类、晶体质量、生长理论、生长技术以及应用等方面均取得了较大进展。本文简述了从矿物宝石到晶体学发展的历程,介绍了压电晶体、电光晶体、激光晶体、非线性光学晶体和闪烁晶体等几类光电功能晶体发展历程及晶体生长研究的进展,展望了未来光电功能晶体的发展趋势。     

CLBO晶体的开裂机理及防开裂方法研究

CLBO晶体的开裂影响了这种性能优良的紫外倍频晶体的实际应用.如何防止晶体开裂,已成为研制CLBO晶体变频器件的关键问题之一.本文从分析CLBO晶体开裂的原因入手,探讨了晶体开裂的微观机理.在此基础上提出了防止晶体开裂的方法.使用溶胶凝胶法制备防潮薄膜,对晶体进行了防开裂实验,得到了初步的结果.     

人工晶体的发展

本文扼要地综述了20世纪后半叶人工晶体发展的简况,其中包括块状晶体、薄膜晶体、纤维晶体、纳米晶体.最后在已取得成就的基础上,展望了人工晶体发展的未来.     

晶体材料研究——从体块晶体到微纳米晶体

本文首先简要介绍了晶体的重要性和过去几十年来中国晶体材料研究取得的代表性成果.正文主要以我们课题组开展的工作为例,介绍了激光晶体、非线性光学晶体、磁光晶体、声光晶体、半导体晶体、有机晶体、有机-无机复合晶体、二维晶体、单晶光纤、药物结晶、微纳米晶体等方面的研究进展.这些研究实例的维度已覆盖体块-二维-一维-零维,晶体材料已在国防、经济建设、人类健康和科学技术发展的许多领域,发挥了重要作用并仍将是关键材料.     

Li离子浓度对铌酸钾锂晶体[NbO6]7-八面体畸变的影响

用顶部籽晶法生长了一批不同组成的铌酸钾锂晶,用同步辐射X射线分析了晶体结晶特性,用Philips PW2400 X射线荧光光谱法测量了晶体的组成.对三种组成的晶体样品测量了红外拉曼光谱,分析了晶体中组分离子浓度对晶体红外拉曼光谱特征的影响,结果表明,晶体中位于C格位的Li离子浓度对晶体拉曼光谱产生了强烈的影响,影响的本质在于晶体中Li含量的提高导致晶体中[NbO6]7-八面体畸变程度加大,对八面体晶格振动产生了强烈的影响.     

钨酸锶及其稀土激活离子掺杂的新型拉曼与自拉曼激光晶体

本文以钨酸锶(SrWO4)晶体为例,介绍了拉曼光学晶体的性质.近年来我们用熔体提拉法成功生长出的一系列纯的和稀土离子掺杂的钨酸锶(SrWO4)晶体.测试了纯SrWO4晶体的热性能和折射率,并拟合出晶体折射率的色散方程.测试了Nd∶ SrWO4晶体的偏振吸收谱、近红外偏振荧光谱和荧光寿命发射曲线,结果显示,Nd∶ SrWO4晶体具有优异的光谱性能.进行了一系列的激光实验,测试了纯SrWO4晶体的拉曼激光性能,及Nd∶ SrWO4晶体的自拉曼激光性能.结果 表明,SrWO4晶体是一个性能优越的拉曼晶体.     

BaTiO3,CeO2和NaCl晶体的生长习性

在各种晶体的结构类型中BaTiO3、CeO2和NaCl晶体的结构相对比较简单,但是它们的生长习性一直得不到合理的解释.如PBC理论很难合理解释BaTiO3、NaCl和CeO2晶体的生长习性及习性变化.本文采用配位多面体生长习性法则研究了BaTiO3晶体,CeO2晶体和NaCl晶体的理论生长习性.发现BaTiO3晶体的生长习性为立方八面体;CeO2晶体的生长习性为立方体;NaCl晶体的生长习性为八面体,解释了溶液的过饱和度对NaCl晶体的生长习性的影响.     

氧化物晶体的坩埚下降法生长

本文评述了氧化物晶体坩埚下降法生长的一些研究进展,重点介绍我们研究所在压电晶体、非线性光学晶体、弛豫铁电晶体、闪烁晶体、声光晶体、光折变晶体等方面的研究工作.从技术创新的角度探讨了氧化物晶体坩埚下降法生长工艺的新发展,如连续供料坩埚下降法、熔剂坩埚下降法等.     

LaFeO_3晶体缺陷研究

以La2O3和Fe2O3粉体为原料,在1400℃烧结24 h制备出了LaFeO3多晶料棒,采用浮区法生长出LaFeO3晶体。从晶体开裂、晶体中孔洞、晶体生长层、晶体内包裹物和晶体位错几方面,系统地研究了LaFeO3晶体的缺陷形成。通过分析晶体缺陷产生的原因,提出了有效减少缺陷和控制缺陷的方法。同时,优化了晶体生长工艺,提高了LaFeO3晶体质量。     

有机非线性光学晶体DAST的生长、形貌及透过光谱

采用自发结晶法和籽晶法制备了4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST)晶体,所得晶体尺寸为10 mm×10mm 1～2 mm.研究了不同生长位置对生长习性和晶体形貌的影响,在溶液中部或顶部生长时DAST晶体倾向于沿a轴方向生长,晶体呈片状;在溶液底部时DAST晶体c轴方向生长加快,晶体呈块状.测试了DAST晶体(001)面X射线衍射摇摆曲线,对比分析了不同生长方法对晶体质量的影响.另外,对所制备的DAST晶体的透过光谱及吸收系数进行了研究.     

ZTS晶体生长及其非线性光学性质研究

利用水溶液缓慢降温法生长了ZTS晶体,最大尺寸达28×16×14mm3;通过X射线粉末衍射实验,得到了晶体的晶胞参数和空间群;通过粉末倍频实验测定了晶体的非线性光学性质,并与KDP晶体的粉末倍频强度对比, 结果表明ZTS晶体是一种优良的、能够实现相位匹配的非线性光学晶体;用紫外.可见光谱仪测量了晶体的透过光谱,在350～1400mm波长范围内透过率超过80;.     

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.     

温度梯度法生长大尺寸钛宝石晶体研究

采用温度梯度法生长了不同掺杂浓度的钛宝石(Ti∶ Al2O3)激光晶体,经退火加工获得的最大晶体尺寸达到φ86 mm×37 mm.室温下利用紫外-可见-近红外分光光度计测试了晶体300～ 1000 nm波段的吸收,分析了该系列晶体的吸收特性.结合晶体径向527 nm的吸收测试分析了晶体径向掺杂均匀性,同时使用Zygo干涉仪测试了晶体的光学均匀性,结果表明所生长的大尺寸钛宝石晶体具有良好的掺杂及光学均匀性.通过化学腐蚀法,利用光学显微镜观察表征了晶体位错密度,为2.9 × 103/cm2.     

导模法生长高质量氧化镓单晶的研究

使用导模法生长了宽度25 mm,长度100 mm的氧化镓(β-Ga2O3)单晶.晶体外观完整、无色、无开裂,粉末XRD测试证明所获得的晶体为β相,晶体摇摆曲线半峰宽为93.6",峰形对称,说明晶体质量良好.测试了未掺杂晶体的紫外透过光谱,并推算了晶体的禁带宽度为4.77 eV.此外,还重点讨论了晶体放肩时的工艺参数对晶体质量的影响.     

晶体最基本性质及其拓宽

本文首先概述了晶体三维周期性结构的表征与其内涵,继而简要地阐明了晶体基本性质和人工调制晶体周期性结构,最后在已取得成就的基础上,展望了新型晶体材料发展的未来.     

人工晶体的进展与发展动向

本文综述了新世纪以来人工晶体在大单晶生长、新晶体探索、THz波、周期微结构、纳米技术、宽带隙半导体晶体和LED衬底、光子晶体等方面的最新进展,并对人工晶体的未来的发展进行了展望。     

繁荣学术,服务产业,正五十,再出发

<正>疫情蔓延却挡不住时代悦动的脉搏,随着2022年新春钟声的敲响,《人工晶体学报》也迎来了创刊50周年。20世纪60年代后期,位于北京郊区的原国家建材局人工晶体研究所为了方便所内技术交流,创办了内部刊物《人工晶体译丛》,主要刊载所内技术人员翻译的国外相关领域最新进展。到1972年,期刊刊登范围逐步扩大,陆续刊出所内研究简报、研究论文等,同时也报道国内相关团队的研究近况,遂更名《人工晶体》。时值我国国防工业建设高潮,与国防工业关系密切的人工晶体材料正取得日新月异的发展,水晶、金刚石、云母三大合成晶体相继研发成功并走向市场,激光晶体、非线性光学晶体、闪烁晶体、压电晶体等一大批晶体合成成功,晶体界急需一本自己的专业期刊方便国内同行的交流。在老一辈晶体专家吴乾章等的共同倡议和努力下,《人工晶体》确定为中国硅酸盐学会晶体生长与材料专业委员会的代表会刊,从此走上时代舞台,肩负起传播中国晶体文化,引领中国晶体科技发展的历史使命。1989年,《人工晶体》更名《人工晶体学报》。     

2μm波段超快激光晶体的研究进展

本文综述了Tm、Ho离子掺杂的双钨酸盐类晶体、YAP晶体、Lu2O3晶体、CLNGG晶体的光谱参数和最新研究进展,以及利用它们作为基质的超快激光器的工作性能,总结了各类激光晶体的晶体性质和优点,并指出具有寻找适合LD泵浦的宽吸收和发射光谱特性的无序结构晶体材料将成为未来的研究方向.     

KDP/DKDP晶体生长的研究进展

采用传统降温法,KDP晶体的生长速度一般在1～2 mm/d,DKDP晶体的生长速度甚至更慢,并且晶体的恢复区域较大,利用率低;而采用快速生长法,晶体的生长速度可以提高到20～50 mm/d,并且晶体的恢复区域小,利用率高.本文回顾了KDP/DKDP晶体生长的研究进展.并重点评述了KDP/DKDP晶体快速生长的研究进展,报道了近年来大尺寸、高质量KDP晶体的研究动态.     

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.