KDP與DKDP晶體的定向生長及性能研究.pdf

1、可控的聚變能源由于其安全、環(huán)保的特點，被普遍認(rèn)為是未來解決人類能源和環(huán)境問題的主要途徑之一。而采用慣性約束核聚變（InertialConfinementFusion，簡稱ICF）作為人類未來和平安全地獲得核聚變能源的有效手段得到了世界各國的普遍關(guān)注。大尺寸高功率激光驅(qū)動器對其電光開關(guān)和頻率轉(zhuǎn)換元件的要求是大尺寸、高質(zhì)量的晶體材料?？v觀現(xiàn)有的非線性光學(xué)晶體材料，只有磷酸二氫鉀(KH2PO4，簡稱KDP)和磷酸二氘鉀(K(HxD1-x)2P

2、O4，簡稱DKDP）類晶體能夠滿足ICF工程對晶體材料的要求。KDP類晶體是一種優(yōu)秀的非線性光學(xué)晶體材料，人們對其研究的歷史已有80多年之久。在1960年激光技術(shù)出現(xiàn)后，KDP類晶體被廣泛的應(yīng)用于制作各種激光倍頻器件。
　　(D)KDP晶片的制備，在滿足晶體的使用需求的前提下，提高晶體利用率和提高晶體的生產(chǎn)效率是產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素之一。(D)KDP晶體的生長方法由耗費時間較長的傳統(tǒng)生長法發(fā)展到現(xiàn)在的點籽晶快速生長法。目前NIF中所使

3、用的大部分KDP晶片是由快速生長工藝提供的。為了進(jìn)一步提高晶體利用率，節(jié)省晶體生長的成本及縮短晶體生長的時間，我們開始研究定向快速生長(D)KDP晶體的技術(shù)。本論文針對定向快速生長的(D)KDP晶體的生長方法、宏觀及微觀的生長動力學(xué)及定向快速生長的(D)KDP晶體的各項性能進(jìn)行了研究與討論，為進(jìn)一步優(yōu)化定向快速生長(D)KDP晶體的技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
　　論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　1.進(jìn)行了(D)KDP晶體定向

4、生長的動力學(xué)分析，對定向生長的(D)KDP晶體的生長機(jī)理進(jìn)行了一定的研究，包括宏觀方面的(D)KDP生長溶液的生長速度的測試，發(fā)現(xiàn)了在溶液氘含量相同的情況下，DKDP晶體生長溶液的死區(qū)范圍隨飽和點的變化關(guān)系:隨著飽和點的降低，溶液死區(qū)范圍是呈波浪式增大;微觀方面的原子力顯微鏡觀察晶體表面形貌，研究了(D)KDP晶體的柱面臺階分布隨溶液過飽和度及籽晶方向不同的變化關(guān)系。對晶體生長過程中的關(guān)鍵步驟進(jìn)行了研究，在不同條件下生長了多塊定向(D)

5、KDP樣品，整理了生長成功及失敗的(D)KDP晶體的照片，探究了晶體生長成敗的主要因素。同時，在生長過程中發(fā)現(xiàn)，籽晶方向為ab方向的(D)KDP晶體由于在生長初期，難以控制合適的過飽和度使柱面擴(kuò)展，所以晶體極易生長成縱橫比較大的形狀，導(dǎo)致晶體在沒有足夠的柱面寬度的情況下生長到生長架邊緣，使晶體的可利用部分較小。結(jié)合對于生長動力學(xué)部分的研究，通過控制晶體恢復(fù)生長過程中的過飽和度，使生長出的ab籽晶方向的KDP晶體的柱面擴(kuò)展變大。
　

6、　2.系統(tǒng)研究了籽晶方向?qū)?D)KDP晶體的透過光譜、搖擺曲線、三倍頻轉(zhuǎn)換效率和激光損傷閾值的影響。對快速生長的不同籽晶方向的(D)KDP晶體的搖擺曲線進(jìn)行了測試和對比，對比了定向生長的(D)KDP晶體的結(jié)晶完整性，發(fā)現(xiàn)Z向、59°方向籽晶生長的KDP及ab方向籽晶生長的DKDP晶體的結(jié)晶完整性都比較好。測量了不同籽晶方向的(D)KDP晶體的透過光譜，發(fā)現(xiàn)59°方向與ab方向籽晶生長的(D)KDP晶體的透過性能與Z向籽晶生長的(D)KD