溶液过饱和度和氘化程度对kdpdkdp晶体光学性能影响的研究

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1、山东大学硕士论文中文摘要KDP／DKDP晶体是一种光学性能非常优良的非线性光学晶体，主要用于激光变频、电光调制、光快速开关等高科技领域。大尺寸KDP／DKDP晶体是惯性约束核聚变工程(ICF)的首选材料，目前还没有其它的综合性能更优良的材料可以用来取代它。尽管KDP，DKDP晶体经历了60多年的研究历程，但借助于更新的方法和手段以及更先进的仪器和设备，人们对它的研究仍在日益加深。ICF工程对KDP／DKDP晶体的要求既包括高光学质量(高的激光损伤阈值、高的光学均匀性)和大透光口径，同时也包括数量，例如美国的国家点火计划(NIF)大约需要由600片截面积为

2、4lem×41cm的KDP／DKDP晶片组装成普克尔斯盒和倍频器件，我国的神光Ⅲ计划也将需要大量的由KDP／DKDP晶体制成的光学器件。为了满足工程的需要，人们在努力提高晶体光学质量的基础上，积极探索快速生长和定向生长技术。近些年来随着ICF的迅速发展，美国禁止出口相关的技术和材料，国际上大尺寸高质量的KDP／DKDP晶体供不应求。研究大尺寸高质量的KDP／DKDP晶体的生长，为我国神光Ⅲ计划提供足够多的各项指标均能达到工程要求的KDP／DKDP晶片，是我们面临的主要任务和亟待解决的难题．溶液的稳定性是KDP／DKDP晶体生长的基础，它不仅关系到晶体的生

3、长能否顺利进行，还影响到晶体的光学质量．对KDP／DKDP晶体生长过程中溶液的状态进行研究和分析，有利于我们为晶体的生长提供一个相对稳定的溶液环境，减少一些偶然因素对晶体生长和光学质量的影响，从而可以更好地分析所设计的生长条件对晶体生长及其光学性能的影响．本论文首先对KDP晶体生长过程中溶液的稳定性进行了分析．溶液的稳定性包括其自身状态的稳定性和为晶体生长提供驱动力的稳定性．对于理想的KDP过饱和溶液，影响其稳定性的主要因素是溶液的山东大学硕士论文过饱和度和生长温度．在实际晶体生长过程中，溶液的稳定性是由多种因素共同作用决定的，这种共同作用集中表现为KD

4、P晶体的生长条件。向KDP溶液里加入一些添加剂，可以改善溶液的稳定性，但这些添加剂对KDP晶体的光学质量都有不同程度的影响，不利于提高KDP晶体的激光损伤阈值和光学均匀性。目前，在保证晶体光学质量的前提下，提高KDP晶体生长过程中溶液稳定性的主要做法包括，使用高纯度的原料、对溶液进行精细过滤、对溶液进行充分过热、在晶体生长过程中对溶液进行连续过滤和对溶液进行更合理的搅拌。大尺寸的氘化DKDP晶体主要用来制作ICF装置中的三倍频器件．溶液的氘化程度对DKDP晶体的光学性能和拉曼散射效应影响大．为了确定其影响程度，我们将溶液的氘化程度作为晶体生长的一个条件，

5、系统地研究了溶液的氘化程度对晶体的生长和光学性能的影响，为进一步选择适宜氘化程度的溶液生长用来制作三倍频器件的DKDP晶体提供参考。与KDP晶体相比，氘化程度高的DKDP晶体的电光性能非常好、拉曼散射效应比较弱、透光波段宽，但是氘化程度越高，DKDP晶体的应变结构越大、应力感应的双折射越高，生长速度越慢。通过分析DKDP晶体对光的透过性能，我们发现在氘化程度为50％一60％的溶液中生长的DKDP晶体在紫外部分的透过率较低。KDP晶体和不同氘化程度溶液中生长的DKDP晶体的x射线粉末衍射图谱显示，在50％氘化溶液中生长的DKDP晶体的晶格的畸变程度最大．综

6、合考虑KDP晶体和不同氘化程度溶液中生长的DKDP晶体的各项性能后，我们认为在氘化程度为70％-80％的溶液里生长的DKDP晶体是目前制作ICF装置中三倍频器件的理想材料．目前人们在积极研究大尺寸KDP／DKDP晶体的快速生长技术，但这项技术对原料和生长设备的要求很严格，要求超纯原料和特制的生长设备，并且成本也很高，所以目前还是以传统降温法和溶液流动法为主要生长方法．但是ICF工程要用到大量的KDP／DKDP晶体，为了满足这种需要，可以在传统生长法的基础上，通过提高溶液稳定性，适当地Il山东大学硕士论文加快降温速度来增大溶液的过饱和度从而提高晶体的生长速

7、度．为此，我们研究了溶液过饱和度对晶体的生长和光学性能的影响并分析了影响机制．增大溶液的过饱和度在提高晶体Z方向生长速度的同时将产生柱面扩展。对不同生长条件下产生柱面扩展的晶体的测试情况显示扩展部分在紫外部分的透过率明显低于本体部分的透过率．它们的锥光干涉图说明柱面扩展部分的晶体应力大，均匀性差，我们分析认为这是由于过饱和度对不同部位的生长速度产生的影响不同所致，在柱面扩展部分缺陷增多，质量变差．关键词：KDP／DKDP，晶体生长，透过率，氘化程度，柱面扩展III山东大学顾士论文ABSTRACTKDP／DKDPcrystalsarenon·linealo

8、pticalcrystalmaterialswithgoodopticalqua