DKDP晶體生長(zhǎng)及其結(jié)構(gòu)修復(fù)研究.pdf

1、磷酸二氘鉀(KD2PO4,簡(jiǎn)稱DKDP)晶體是一種性能優(yōu)良的非線性光學(xué)晶體材料,具有其同型同位素晶體-KDP(即KH2PO4)晶體所不具備的特性：紅外光區(qū)透過波段寬,透過率大,半波電壓低,電光系數(shù)大。因此目前DKDP晶體在非線性光學(xué)電光應(yīng)用方面占主導(dǎo)地位,在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上經(jīng)常供不應(yīng)求。 本文首先根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理研究了影響P2O5重水水解反應(yīng)速度的主要因素,提出適當(dāng)回流加熱、提高反應(yīng)物濃度和加入微量(10μg/g)KNO3能夠顯著

2、提高水解反應(yīng)速度。采用離子色譜法測(cè)定了P2O5重水水解反應(yīng)體系平衡時(shí)D2P2O72-的濃度,并計(jì)算出108℃時(shí)的平衡常數(shù)(650),為降低生長(zhǎng)體系的多聚磷酸根含量,提高DKDP晶體生長(zhǎng)速度與質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。對(duì)DKDP晶體生長(zhǎng)體系穩(wěn)定性的主要影響因素,包括氘含量、溶液純度、飽和溫度、晶轉(zhuǎn)(或攪拌)速度、過熱溫度與時(shí)間、晶體受力情況、籽晶尺寸等進(jìn)行了系統(tǒng)與全面的研究,提出采用高純?cè)?、超?xì)過濾(0.15μm)、溶液適當(dāng)過熱(過熱20℃、10

3、h或過熱10℃、20h)以及優(yōu)質(zhì)點(diǎn)狀籽晶均勻生長(zhǎng)等措施可顯著增加生長(zhǎng)體系的穩(wěn)定性。 通過(100)晶面和(101)晶面面網(wǎng)密度和生長(zhǎng)基元在不同晶面上成鍵的鍵能估算,結(jié)合晶體生長(zhǎng)的Bravais法則和PBC理論對(duì)DKDP晶體生長(zhǎng)習(xí)性進(jìn)行了理論解釋。在溶液穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了不同方式的DKDP晶體生長(zhǎng)研究,包括片狀籽晶c向生長(zhǎng)、點(diǎn)狀籽晶全方位生長(zhǎng)和錐頭籽晶c向生長(zhǎng)。根據(jù)晶體生長(zhǎng)原理和DKDP晶體的生長(zhǎng)習(xí)性特點(diǎn)設(shè)計(jì)了點(diǎn)狀籽晶全方

4、位生長(zhǎng)的降溫程序與生長(zhǎng)技術(shù),并實(shí)現(xiàn)了DKDP晶體的點(diǎn)狀籽晶全方位生長(zhǎng)。繼而提出并實(shí)施了錐頭籽晶c向生長(zhǎng),以此方式在體積為10L的育晶器中順利地生長(zhǎng)出了c向尺寸達(dá)145mm的DKDP晶體。 接著研究了DKDP晶體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)缺陷的修復(fù)。首先以單晶衍射儀測(cè)定了四方晶相和單斜晶相的結(jié)構(gòu),由測(cè)定結(jié)果及其與參考文獻(xiàn)的一致性證明了所生長(zhǎng)的晶體,在此基礎(chǔ)上,探討了發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變的過程,指出兩晶相單胞參數(shù)的相關(guān)性強(qiáng)可能是發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變的原因之一

5、；隨后通過測(cè)定晶體的相轉(zhuǎn)變溫度確定了退火工藝,以此工藝對(duì)DKDP晶體進(jìn)行退火處理,實(shí)施物理修復(fù),然后測(cè)定了退火前后晶體(100)晶面和(101)晶面的X射線衍射峰的半峰寬,結(jié)果初步顯示出了退火對(duì)晶體結(jié)構(gòu)缺陷的修復(fù)效果；通過單摻Rb+與雙摻Rb+和D2AsO4-對(duì)DKDP晶體結(jié)構(gòu)缺陷實(shí)施化學(xué)修復(fù),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這兩種摻質(zhì)在體系中的分配系數(shù)太大,特別是D2AsO4-的摻入導(dǎo)致晶體開裂,但單摻Rb+未使晶體的結(jié)構(gòu)有太大變動(dòng)。對(duì)以不同方式生長(zhǎng)的DKD

6、P晶體退火前后的光學(xué)、光譜性質(zhì)和電光性能進(jìn)行了較全面的測(cè)試,以考察不同方式所生長(zhǎng)晶體的品質(zhì)和結(jié)構(gòu)修復(fù)效果。結(jié)果顯示,片狀籽晶c向生長(zhǎng)和點(diǎn)狀籽晶全方位生長(zhǎng)的晶體接近籽晶恢復(fù)區(qū)部分光學(xué)均勻性明顯較差,退火后有所改善,遠(yuǎn)離籽晶的錐頭部位晶體質(zhì)量最好,而利用錐頭籽晶生長(zhǎng)的晶體所有生長(zhǎng)部分的光學(xué)質(zhì)量都較好；退火對(duì)所有不同方式生長(zhǎng)的晶體均有明顯修復(fù)效果,特別是生長(zhǎng)質(zhì)量較差的晶體退火修復(fù)效果更加顯著,可轉(zhuǎn)變成基本能使用的晶體,但質(zhì)量很差的晶體退火時(shí)會(huì)