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.     

磷锗锌晶体器件定向加工研究

研究报道了坩埚下降法自发成核生长的ZnGeP2(ZGP)晶体光学器件定向加工新方法.即首先结合晶体的易解理面((112)面、(101)面)和标准极图以及X射线衍射仪,快速寻找c轴方向,确定晶体的(001)面;再由相位匹配角、方位角以及(101)和(102)晶面确定ZGP晶体的通光面,定向切割加工得到ZGP光参量振荡(OPO)器件初坯,经X射线衍射仪修正角度和后续抛光镀膜处理,制备出11 mm×11 mm×22 mm的ZGP-OPO器件.采用2.1μm、7 kHz激光泵浦ZGP-OPO,实现了3～5 μm中红外调谐激光输出,功率达0.48 W.此方法不仅适用于ZGP晶体的定向加工,也适用于具有类似结构的其他晶体器件定向加工.     

磷锗锌多晶合成过程的中间生成物研究

两温区气相输运法合成ZnGeP2多晶过程中,易生成一些高熔点的杂质,导致合成材料的纯度较低.选取ZnGeP2多晶合成过程中几个重要温度的合成产物,进行X射线衍射(XRD)和能谱色散分析(EDS),结果表明:ZnGeP2多晶合成过程的中间生成物主要为Zn3P2、ZnP2和GeP等.根据分析结果,对合成工艺进行了改进,合成出外观完整、内部致密的ZnGeP2多晶锭.用XRD进行分析,结果表明:改进工艺后合成的是高纯单相ZnGeP2多晶材料,为高质量单晶体生长奠定了可靠基础.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

AgGa1-xInxSe2晶体退火改性研究

采用改进布里奇曼法生长出外观完整的AgGa1-xInxSe2(x=0.2)单晶锭,晶体的红外透过率低,不能直接用于红外非线性光学器件制备.采用TA公司生产的SDTQ-600热分析仪进行DSC-TGA测试,发现其熔点为826.69℃,结晶点为750.86℃,总失重约为3.9217;.采用同成份粉末源包裹晶体,在抽空封结后进行退火处理.退火处理后晶体的红外透过率有明显改善.在4000cm-1～7000cm-1范围内红外透过率由原先低于25;改进到高于40;;在750cm-1～4000cm-1范围的红外透过率由原先低于45;改善到超过50;,在2000cm-1 ～750cm-1区域甚至高达60;.结果表明:采用同成分粉末源包裹,在抽空封结后退火处理能有效提高AgGa1-xInxSe2晶体的红外透过率,改善晶体的光学均匀性,退火后的晶体适合红外非线性光学器件制备.     

CdGeAs2晶体退火与红外光学均匀性分析

采用AIM-8800红外显微镜观察了CdGeAs2晶体的面扫描红外透过图像,分别在2.3～4μm、4～8 μm和8～18μm三个波段对退火前后的CdGeAs2晶片红外透过率和面扫描红外透过图像进行了对比分析,研究了晶体的红外均匀性.结果表明,CdGeAs2晶体在多晶粉末包裹下经450℃退火150 h后,其红外透过率和红外透过均匀性都得到较大程度的改善,其中在2.3 ～4μm和4～8μm波段的改善效果尤为显著;分析了影响晶体红外透过率和均匀性的主要因素,探讨了改善晶体均匀性的可能途径.研究结果对于快速评判CdGeAs2晶片质量具有重要的实用价值.     

AgGa1-xInxSe2晶体热处理研究

结合差示扫描量热曲线(DSC)和相图确定出热处理的温度范围.分别在真空和AgGa1-xInxSe2(x=0.2,0.6,0.8)多晶粉末包埋下,对ASGa0.4In0.6Se2晶体进行了热处理实验,分析了热处理对晶体性能的影响.结果表明:用x=0.6和0.8的多晶粉末包埋,在680℃下保温120 h后再淬火处理的晶片,其红外透过率在550～5500 cm-1波数范围内整体提高到65;以上,光学质量显著提高;EDX和XRD分析表明,采用AgGa0.2In0.8Se2多晶粉末包埋,能够补充晶片中的In缺失,成分更接近AgGa0.4In0.6Se2化学计量比,同时晶片结晶质量也得到明显改善.     

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.     

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;.     

高品质ZnGeP2晶体光参量振荡元件及应用

在高纯ZnGeP2多晶批量合成基础上,采用垂直布里奇曼法生长出尺寸φ(40～50) mm× 140 mm的高品质单晶.切割出多种6mm×6mm×(16～30) mm规格的晶体元件,元件o偏振光2.05 μm吸收系数为0.01～0.03cm-1,通过光参量振荡技术实现中波(3～5μm)40W和远波(8～10 μmn)3W的激光输出.     

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.