有机物掺杂下KDP晶体的光学与热学性质研究

本文以L-酒石酸、L-苯丙氨酸和L-丝氨酸为掺杂有机物,采用“点籽晶法”生长出掺杂浓度均为1 mol;的KDP晶体,并利用XRD、光学透过率、热分析以及红外谱图等手段对掺杂后的KDP晶体进行表征,考察有机物掺杂对KDP晶体光学和热学性质的影响.实验发现,掺杂L-丝氨酸的KDP晶体,晶体的熔点温度有所降低;掺杂L-酒石酸时,晶体光学性质得到改善,熔点温度升高;而掺杂L-苯丙氨酸时,结晶质量提高,光学性质得到改善.     

EDTA和KCl双掺杂下KDP溶液的稳定性研究

研究了EDTA与KCl不同掺杂浓度和不同过饱和比下KDP溶液的成核过程,测定了不同条件下KDP过饱和溶液的诱导期;根据经典成核理论计算了成核热、动力学参数,并分析了溶液稳定性随掺杂浓度的变化情况。利用化学腐蚀法对KDP晶体(100)面进行了腐蚀,得到了清晰的位错蚀坑,并使用光学显微镜观察了(100)面位错蚀坑的分布特点。结果表明,当过饱和度为4%、掺杂浓度为0.01 mol%EDTA和1 mol%KCl时,不仅KDP过饱和溶液的稳定性比较高,而且位错蚀坑的分布比较均匀、密度小,适合高质量的KDP晶体生长。     

Na+对KDP晶体生长的影响

本文利用传统的降温法和"点籽晶"快速生长法在不同Na+掺杂浓度的溶液中生长KDP晶体,定量研究了Na+对KDP晶体生长的影响.实验发现:Na+的存在降低了溶液的稳定性,致使KDP晶体柱面容易扩展.Na+的存在对KDP晶体的光学性能基本没有影响.     

L-精氨酸掺杂下ZTS溶液的稳定性研究

研究了L-精氨酸掺杂下硫脲硫酸锌(ZTS)溶液中的成核过程,测量了在不同掺杂浓度下ZTS溶液的亚稳区和诱导期.结果表明:随掺杂浓度的增加,溶液的亚稳区变宽,诱导期增大;根据经典成核理论计算了晶体的成核热、动力学参数,分析了溶液稳定性与掺杂浓度的关系,即随着L-精氨酸掺杂浓度的增加,溶液的稳定性得到明显提高.利用化学腐蚀法对ZTS晶体(100)面进行了腐蚀,并用光学显微镜对腐蚀面进行观察,得到了清晰的位错蚀坑.当L-精氨酸掺杂浓度为1.5mol;时,ZTS晶体(100)面位错蚀坑密度最小,适合高光学质量晶体的生长.     

Fe3+对KDP晶体生长影响的研究

金属离子对KDP晶体的影响是多方面的.本文采用不同的过饱和度,在不同的Fe3+掺杂浓度的生长溶液中生长KDP晶体,定量地研究了Fe3+对KDP晶体生长的影响.实验发现,无论是在高过饱和度还是在低过饱和度下生长KDP晶体,在一定的浓度范围内,Fe3+的掺入既可以增加生长溶液的稳定性,又可以有效抑制晶体柱面的扩展,而且晶体基本不楔化,同时,对晶体光学性能的影响也不大.     

典型阴离子杂质对KDP晶体电导特性的影响

针对KDP晶体生长过程中常出现的SO2-4,NO-3和Cl-杂质,采用传统法和快速法掺杂生长了一系列KDP晶体,研究了不同阴离子杂质掺杂对KDP晶体X和Z向的电导率的影响.结果表明,X向的电导率比Z向电导率高;未掺杂时,快速生长的KDP晶体比传统法生长的KDP晶体具有更高的电导率; SO2-4的掺杂增大了晶体在两个方向的电导率,且随着掺杂浓度的增加,晶体的电导率也相应增大;NO-3和Cl-对KDP晶体的电导率影响不大.分析认为,快速生长的KDP晶体具有更高的缺陷浓度,从而增大了晶体的电导率;SO2-4具有与PO3-4结构的相似性,从而能够取代部分PO3-4进入晶格,从而产生H+空位.H+空位的定向移动能增大晶体的电导率.而NO-3和Cl-与PO3-4结构差异较大,很难取代进入PO3-4晶格,因此NO-3和Cl-对KDP晶体的电导率影响不大.     

Ni2+对KDP晶体生长及缺陷影响的研究

采用传统降温方法生长了不同Ni2+掺杂浓度的KDP晶体.实验发现当Ni2+掺杂浓度小于1000 ppm时溶液的稳定性随着掺杂浓度的增加而提高,大于1000 ppm时溶液的稳定性开始下降,但仍高于纯态溶液的稳定性;随着Ni2+浓度的增加KDP晶体柱面的生长死区增加,柱面的生长速度略有下降,但在生长过程中没有观察到晶体的楔化;KDP晶体的XRD分析及缺陷的研究表明Ni2+对晶体的结构影响不明显,但晶体中的缺陷和内应力增加.     

KDP晶体中铝取代钾点缺陷第一性原理计算

为了明确Al3+在KDP晶体生长过程中对光学性质和力学性质的具体影响,采用第一性原理计算程序包VASP软件计算并分析了Al取代K对KDP晶体的晶体结构、电子能态密度和光学性质,并同理想KDP晶体进行对比研究.结果表明,KDP晶体中Al取代K的缺陷形成能为0.974 eV,并且Al替位K点缺陷引起的晶格畸变非常微弱,缺陷比较容易形成. Al取代K后晶体能带中价带顶附近的态密度发生了变化,并且带隙中存在缺陷能级,取代后KDP晶体的带隙宽度减小为4.37 eV,缺陷增加了KDP晶体对可见到紫外波段的光子吸收,影响KDP晶体光学质量及其激光损伤性能.计算力学性质发现,Al替位掺杂KDP晶体比理想KDP晶体的杨氏模量增加了,这会减弱晶体抗激光损伤能力.     

Ca^2＋对KDP晶体的光损伤阈值的影响

Ca2 是KDP原料中一种常见的杂质离子,这种杂质不仅会影响晶体的生长过程,而且会加重晶体的光散射.通过传统降温法和点籽晶快速生长法生长不同Ca2 掺杂浓度的KDP晶体样品,对样品进行激光损伤实验,结果表明,Ca2 的存在降低了KDP晶体的光损伤阈值,其原因主要在于Ca2 掺杂导致晶体内部缺陷增多,内应力增加以及晶体中的散射颗粒密度增大使晶体光吸收加重.     

点状籽晶法生长KDP晶体中散射颗粒分布

在不同的溶液pH值条件下进行了点状籽晶法慢速和快速生长KDP晶体实验,发展了观察晶体中散射颗粒分布的激光层析技术,通过图像处理得到了KDP晶体内部(100)面完整的散射颗粒分部图,对不同生长速度、不同pH值条件下点状籽晶法生长的KDP晶体的散射颗粒分部做了对比.利用表面光学投影技术观察了晶体表面宏观形貌,并由此分析了不同生长条件下生长机制对散射颗粒分布的影响.测定了散射颗粒密度不同部位的晶体透过率.