KDP与DKDP晶体的定向生长及性能研究

摘要

可控的聚变能源由于其安全、环保的特点，被普遍认为是未来解决人类能源和环境问题的主要途径之一。而采用惯性约束核聚变（InertialConfinementFusion，简称ICF）作为人类未来和平安全地获得核聚变能源的有效手段得到了世界各国的普遍关注。大尺寸高功率激光驱动器对其电光开关和频率转换元件的要求是大尺寸、高质量的晶体材料。纵观现有的非线性光学晶体材料，只有磷酸二氢钾(KH2PO4，简称KDP)和磷酸二氘钾(K(HxD1-x)2PO4，简称DKDP）类晶体能够满足ICF工程对晶体材料的要求。KDP类晶体是一种优秀的非线性光学晶体材料，人们对其研究的历史已有80多年之久。在1960年激光技术出现后，KDP类晶体被广泛的应用于制作各种激光倍频器件。
　　(D)KDP晶片的制备，在满足晶体的使用需求的前提下，提高晶体利用率和提高晶体的生产效率是产业化的关键因素之一。(D)KDP晶体的生长方法由耗费时间较长的传统生长法发展到现在的点籽晶快速生长法。目前NIF中所使用的大部分KDP晶片是由快速生长工艺提供的。为了进一步提高晶体利用率，节省晶体生长的成本及缩短晶体生长的时间，我们开始研究定向快速生长(D)KDP晶体的技术。本论文针对定向快速生长的(D)KDP晶体的生长方法、宏观及微观的生长动力学及定向快速生长的(D)KDP晶体的各项性能进行了研究与讨论，为进一步优化定向快速生长(D)KDP晶体的技术奠定了基础。
　　论文的研究内容主要包括以下几个方面:
　　1.进行了(D)KDP晶体定向生长的动力学分析，对定向生长的(D)KDP晶体的生长机理进行了一定的研究，包括宏观方面的(D)KDP生长溶液的生长速度的测试，发现了在溶液氘含量相同的情况下，DKDP晶体生长溶液的死区范围随饱和点的变化关系:随着饱和点的降低，溶液死区范围是呈波浪式增大;微观方面的原子力显微镜观察晶体表面形貌，研究了(D)KDP晶体的柱面台阶分布随溶液过饱和度及籽晶方向不同的变化关系。对晶体生长过程中的关键步骤进行了研究，在不同条件下生长了多块定向(D)KDP样品，整理了生长成功及失败的(D)KDP晶体的照片，探究了晶体生长成败的主要因素。同时，在生长过程中发现，籽晶方向为ab方向的(D)KDP晶体由于在生长初期，难以控制合适的过饱和度使柱面扩展，所以晶体极易生长成纵横比较大的形状，导致晶体在没有足够的柱面宽度的情况下生长到生长架边缘，使晶体的可利用部分较小。结合对于生长动力学部分的研究，通过控制晶体恢复生长过程中的过饱和度，使生长出的ab籽晶方向的KDP晶体的柱面扩展变大。
　　2.系统研究了籽晶方向对(D)KDP晶体的透过光谱、摇摆曲线、三倍频转换效率和激光损伤阈值的影响。对快速生长的不同籽晶方向的(D)KDP晶体的摇摆曲线进行了测试和对比，对比了定向生长的(D)KDP晶体的结晶完整性，发现Z向、59°方向籽晶生长的KDP及ab方向籽晶生长的DKDP晶体的结晶完整性都比较好。测量了不同籽晶方向的(D)KDP晶体的透过光谱，发现59°方向与ab方向籽晶生长的(D)KDP晶体的透过性能与Z向籽晶生长的(D)KDP晶体差异不大。通过三倍频转换效率与激光损伤阈值的性能研究发现:定向快速生长的DKDP晶体与Z向生长的DKDP晶体相比，Z向籽晶生长的DKDP晶体的三倍频转换效率最高，损伤阈值也最高;ab方向籽晶快速生长的DKDP晶体的三倍频转换效率与Z向籽晶生长的DKDP晶体差异不大，激光损伤阈值最低;59°方向籽晶快速生长的DKDP晶体的三倍频转换效率最低，但是激光损伤阈值比较高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 (D)KDP晶体的结构及性质

1．2 (D)KDP晶体的研究背景及意义

1．3 (D)KDP晶体的研究现状

1．3．1 (D)KDP晶体生长方法的研究

1．3．2 (D)KDP晶体的定向生长

1．3．3 (D)KDP晶体的光学性能研究

1．4 本论文的研究目的和主要研究内容

参考文献

第二章 晶体的生长机理及(D)KDP晶体的定向快速生长

2．1．1 利用激光偏振干涉技术实时测量DKDP晶体(100)面生长速度

2．1．2 (100)面生长台阶的AFM研究

2．2 (D)KDP晶体的定向快速生长

2．3 本章小结

参考文献

第三章 定向生长的(D)KDP晶体的基本性质的研究

3．1 定向生长的(D)KDP晶体的摇摆曲线测试

3．1．1 摇摆曲线测量原理及理想KDP晶体半峰宽的计算

3．1．2 (D)KDP晶体摇摆曲线测试

3．2 定向生长(D)KDP的透过光谱测试

3．3 定向生长的DKDP晶体的三倍频转换效率特性

3．4 定向生长DKDP晶体的损伤测试研究

3．5 本章小结

参考文献

第四章 结论及展望

4．1 本论文的主要结论

4．2 创新点

4．3 有待于进一步研究的问题

致谢