硅酸镓镧及其同构体单晶的生长、电光及其它性能的研究

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1、山东人学博士学位论文摘要电光Q开关是用于脉冲激光器中使之产生高能激光的重要器件。目前，常用的晶体电光Q开关主要是用DKDP和LiNb03晶体制作的。DKDP晶体光损伤闽值高，光学均匀性好，其电光Q开关一般在中、高功率激光器中使用。缺点在于DKDP晶体的电光Q开关利用晶体的纵向电光效应，器件半波电压高，且不可调；而且DKDP是水溶性晶体，容易潮解，在加工和使用过程中要加复杂的防潮装置，使用与维护不方便；此外，DKDP晶体为亚稳相生长，晶体生长难度大，周期长。LiNb03晶体制作的电光Q开关，利用晶体的横向电光效应，可以通过改变器件尺寸调节半波电压，LiNb03晶体采用提法拉生长，容易得

2、到大尺寸单晶，其物理化学性质稳定，不潮解；但LiNb03晶体的光损伤阈值太低，大大限制了晶体的应用，其电光Q开关只能应用于小功率激光器中。因此，寻找新的电光晶体，制作性能更优的电光Q开关有重要的应用价值。硅酸镓镧(La。Ga；Si0。，LGS)晶体在八十年初是作为激光晶体来研究的，随后其优异的压电性能成为人们关注的热点，大量文献报道了LGS晶体的生长和压电性能。LGS同构体单晶包括La3Gas5Tao5014(LGT)、La3Ga55Nbo5014(LGN)以及Sr3TaGa3Si2014(STGS)等晶体，他们与LGS晶体具有相同的结构，也有良好的压电性能，近年来也常有报道。实验测

3、试发现LGS晶体具有较高的电光系数是本文开始研究LGS晶体电光Q开关应用的起点。本文的主要内容是研究了LGS及其同构体单晶的生长、电光性能和应用，以及晶体的其他性能。1．晶体生长LGS晶体采用提拉法生长，通过控制原料组成配比、晶体生长工艺参数、熔体保温温度和时间等影响晶体生长的因素，最终得到了高质量的LGS晶体。对早期晶体生长过程中的开裂和生长芯等缺陷的形成机理及其对晶体性能的影响和消除方法进行了分析，提出了相应措施。实验证明这些措旌能够有效地避免晶体中缺陷的引入。生长得到的LGS晶体尺寸约050mm×110mm。并且生长山东大学博士学位论文了平肩LGS晶体，其尺寸约@60mm×10

4、0mm。晶体完整透明无开裂和包裹体，呈深橙色。参照LGS晶体的生长经验，采用提拉法先后生长得到LGT、LGN和STGS晶体：开展了这些晶体相关性能的研究。2．缺陷分析和光学质量表征采用化学腐蚀法和同步辐射白光形貌术研究LGS晶体的缺陷。在(001)面上观察到LGS晶体生长芯处位错腐蚀坑密集，在同步辐射形貌像中清晰观察到晶体生长芯的存在。利用高分辨x射线衍射仪测量了晶体生长芯和周围区域的摇摆曲线，发现生长芯处摇摆曲线和周围区域几乎相同，说明晶体生长芯并没有发生结构上的变化，只是一个缺陷集中区。利用同步辐射形貌像观察到晶体中的生长条纹、位错等缺陷，对其形成机理和消除缺陷的相应措施进行了讨

5、论。在晶体生长过程中，妥善控制生长温度的变化，避免熔体温度波动，以及减少外界振动等因素对晶体生长稳定性的影响，能够有效减少生长条纹的形成。观察了LGS晶体的锥光干涉图，结果表明随着对晶体生长研究的深入展开，生长的晶体光学质量有了大幅提高。生长的LGS晶体光学均匀性比早期LGS晶体有了很大提高。3．LGS晶体的物理性能测试了室温至300。C的温度范围内LGS晶体的比热随温度的变化曲线，和晶体热膨胀随温度的变化曲线。随温度的升高，LGS晶体的比热基本呈线性稍微增大。室温下LGS晶体的比热为0．47J／g-。C；热膨胀系数d1I=5．8×10。6℃一，∞3=3，9×10’6℃一，，同KDP

6、晶体相比，热膨胀系数较小。两方向的热膨胀系数相差不大，说明晶体的热膨胀各向异性较弱，晶体不会因热效应的影响而容易开裂损坏，这有利于晶体生长和应用。测试了LGS晶体x面和Z面样品室温至600。C范围内，电容随温度的变化曲线，并计算其介电常数为研』=25．97和c33=57．68。同DKDP(品=90)和LiNb03(＆=84．6)晶体相比，LGS晶体具有较小的介电常数。测得LGS晶体的电阻率pa=4．Ox1012Q．ClTI，小于LiNbOj(pb=2．O×1013Q·cm)，但远大于DKDP晶体山东大学博士学位论文(pc=1．3×10¨Q·cm)。LGS晶体具有宽的透过波段和高透过率

7、，其紫外吸收边在244nm波长左右，高于400nm波长其透过率达到80％以上。光损伤阈值达到LiNbO，晶体的6．7倍以上，具有较高的光损伤阈值。使用干涉法测量了LGS晶体的电光系数，7Ii=2．3pm／V、3'41=1．Spm／V，虽然LGS晶体的电光系数较DKDP晶体和LiNb03晶体低，但考虑到利用晶体的横向电光效应制作电光Q开关，其半波电压可调，因此，LGS晶体在电光Q开关应用方面具有很大的潜力。总的来讲，测试的LGS晶体物理性能说明LGS晶体可以