红外非线性光学晶体POC的生长与性能研究

《红外非线性光学晶体POC的生长与性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10259学号：156081115密级：上海应用技术大学硕士学位论文题目：红外非线性光学晶体POC的生长与性能研究英文题目：GrowthandCharacterizationofIRNonlinearOpticalCrystalPb17O8Cl18专业：材料化学工程学院：材料科学与工程研究方向：光电材料制备姓名：王洪超指导教师：徐家跃教授/张彦副教授2018年5月31日红外非线性光学晶体Pb17O8Cl18的生长与性能研究摘要红外非线性光学晶体是通过激光频率变换从而输出可调谐中远红外激光的一类材料，广泛应用于石油开采、天然气管道泄漏探

2、测、大气中温室气体探测等民用领域，以及红外制导导弹探测器、红外激光侦查和巡航导弹等军事领域。现有红外非线性光学晶体主要有AgGaQ2(Q=S,andSe)、ZnGeP2等，难以满足不同应用的需求。Pb17O8Cl18（POC）是近年来发展起来的一种新型红外非线性光学晶体，其激光损伤阈值和倍频效应优于现有晶体，具有巨大的应用潜力。但该晶体生长难度大，目前文献报道只有毫米级尺寸的晶体，甚至无法满足各种性能的测试。本论文从POC晶体的原料合成、晶体生长及性能表征等方面开展研究工作，取得如下研究结果：（1）研究了Pb17O8Cl18成分附近的局域相图，

3、发现Pb17O8Cl18是稳定的一致熔融化合物，纠正了现有文献上相图的错误；（2）采用固相烧结法合成了POC多晶料，先后采用微下拉法和坩埚下降法生长了POC晶体；由于组分严重挥发，微下拉法生长只能获得细小的晶体颗粒；通过坩埚选择、温场优化、速率控制，采用坩埚下降法成功获得了多块厘米级晶体；最佳工艺条件如下：温度梯度为20~30℃/cm，下降速率0.2~0.3mm/h，初始配料中PbCl2过量以弥补组分的偏离。研究了POC晶体的晶体形貌和生长机理。（3）通过XRD和晶体结构解析，判断所得POC晶体属于正交晶系，所属空间群为Fmm2（No.42），

4、晶胞参数为a=35.4963(14)Å，b=5.8320(2)Å，c=16.0912(6)Å，3Z=3。晶体理论密度为6.413g/cm。POC晶体属于无心对称结构，它的结构中只存在Pb-O键和Pb-Cl键，其中Pb-O键有利于紫外和红外截止边的扩大。（4）测试了晶体的傅里叶红外光谱、漫反射光谱和霍尔效应。从傅里叶红外光谱中看出，由Pb-O键振动引起的吸收峰出现在16μm波长处，刚好避开了两个大气窗口，不影响晶体在红外波段的有效利用；漫反射光谱表明，POC晶体带隙在3.39eV，满足红外非线性光学晶体带隙大于3.0eV的要求，推测POC晶体可能

5、具有较大的激光损伤阈值；霍尔效应得到出POC晶体为P型半导体。关键词：红外非线性晶体，Pb17O8Cl18，晶体生长，坩埚下降法，傅里叶红外光谱GrowthandCharacterizationofIRNonlinearOpticalCrystalPb17O8Cl18AbstractInfrarednonlinearoptical(IR-NLO)crystalcanbeusedtooutputtunablefar-infraredlaserbylaserfrequencyconversion.Itiswidelyusedinsuchfields

6、suchasoilexploitation,gaspipelineleakdetection,greenhousegasdetectionintheatmosphere,infraredguidedmissiledetectors,infraredlaserdetection,cruisemissilesandsoon.ThecommercialinfrarednonlinearopticalcrystalsaremainlyincludedAgGaQ2(Q=S,andSe),ZnGeP2,whicharestillnotgoodenoughf

7、ordifferentapplications.Pb17O8Cl18(POC)isanewtypeofinfrarednonlinearopticalcrystalinrecentyears.HighlaserdamagethresholdandgoodsecondharmonicgenerationmakesitakindofgreatpotentialIRNLOmaterial.However,itisdifficulttogrowPOCcrystals.Atpresent,onlycrystalswithmillimetersizeare

8、reported,whichcannotsatisfymanyperformancetests.Inthispaper,thesynthesisofr