KDP類晶體快速生長(zhǎng)機(jī)理研究.pdf

1、KDP(KH2PO4)類晶體是一類性能優(yōu)良的非線性光學(xué)晶體材料，因其獨(dú)特的物理性質(zhì)而成為唯一可用于激光核聚變工程的非線性晶體。KDP晶體的傳統(tǒng)生長(zhǎng)方法，因周期長(zhǎng)，成本高已經(jīng)無法滿足實(shí)用要求。近年來發(fā)展起來的KDP晶體快速生長(zhǎng)與傳統(tǒng)慢速生長(zhǎng)從技術(shù)到理論都存在很大的差異，打破了實(shí)用單晶生長(zhǎng)速度慢的觀念，給晶體生長(zhǎng)工藝和理論研究帶來了新的挑戰(zhàn)，快速生長(zhǎng)過程中許多新的現(xiàn)象有待解釋。本文從KDP晶體快速生長(zhǎng)機(jī)理方面，對(duì)KDP晶體快速生長(zhǎng)過程進(jìn)行了

2、深入研究。
　　 本文中設(shè)計(jì)并制作了溶液降溫法晶體生長(zhǎng)顯微實(shí)時(shí)觀測(cè)裝置，利用該裝置實(shí)時(shí)觀測(cè)了快速生長(zhǎng)KDP晶體｛101｝和｛100｝生長(zhǎng)表面的形貌演化過程，發(fā)現(xiàn)在高過飽和度下，KDP晶體的生長(zhǎng)表面會(huì)以生長(zhǎng)層的形式快速生長(zhǎng)；與｛100｝相比｛101｝圣戰(zhàn)表面在較低過飽和度下（大約σ=4％），即開始以生長(zhǎng)層的形式生長(zhǎng)；計(jì)算發(fā)現(xiàn)｛101｝和｛100｝表面生長(zhǎng)層的動(dòng)力學(xué)系數(shù)不同。利用AFM對(duì)KDP晶體｛100｝生長(zhǎng)表面進(jìn)行了非實(shí)時(shí)觀測(cè)，

3、測(cè)量了生長(zhǎng)表面宏觀臺(tái)階的高度和平臺(tái)寬度。在｛100｝生長(zhǎng)表面還觀察到了由于雜質(zhì)阻礙作用引起的臺(tái)階聚并和彎曲，分析了出現(xiàn)臺(tái)階聚并的原因。
　　 通過實(shí)時(shí)觀測(cè)Z切向ADP晶體成錐過程中的薄表面層生長(zhǎng)，系統(tǒng)研究了晶體快速生長(zhǎng)過程中出現(xiàn)的棱邊生長(zhǎng)機(jī)制。測(cè)量了薄表面層的切向生長(zhǎng)速度隨溶液過飽和度的變化曲線，并利用臺(tái)階切向生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出了薄表面層生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。分析了焦磷酸鉀(K4P2O7)和Fe3+摻雜對(duì)成錐薄表面層生長(zhǎng)的影響。分

4、析發(fā)現(xiàn)晶體快速生長(zhǎng)過程中呈鏈狀分布液相包裹體的形成，與晶體棱邊生長(zhǎng)機(jī)制密切相關(guān)。
　　 分別利用傳統(tǒng)降溫法和點(diǎn)狀籽晶快速生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)出了ADP晶體。利用同步輻射X射線白光形貌術(shù)和激光干涉儀分析了快速生長(zhǎng)ADP晶體的光學(xué)均勻性。發(fā)現(xiàn)(100)和(101)面之間的扇形界是導(dǎo)致快速生長(zhǎng)ADP晶體光學(xué)均勻性降低的主要原因。生長(zhǎng)條紋和包裹體也是是影響ADP晶體光學(xué)均勻性的常見缺陷。生長(zhǎng)溶液中鐵和鉻等三價(jià)金屬陽(yáng)離子容易在生長(zhǎng)條紋處偏聚，形成

5、包裹體破壞晶體的均勻性。
　　 在不同摩爾配比的ADP與KDP混合溶液中，利用籽晶法生長(zhǎng)出了KADP混晶。發(fā)現(xiàn)只有在一定的混合比例范圍內(nèi)，才能利用籽晶法生長(zhǎng)出透明的KADP晶體。研究發(fā)現(xiàn)籽晶法生長(zhǎng)的KADP晶體中，除了扇形界和籽晶邊界，晶體內(nèi)部不同區(qū)域晶胞參數(shù)的差異，也是引起KADP晶體內(nèi)部應(yīng)力和開裂的重要原因。KADP晶體內(nèi)部可能存在長(zhǎng)度約為數(shù)百微米的微裂紋，在晶體生長(zhǎng)那個(gè)完畢從溶液中取出時(shí)，很容易導(dǎo)致裂紋的擴(kuò)展，導(dǎo)致晶體開裂