Fe~(3+)離子對KDP晶體性能影響的研究.pdf

1、磷酸二氫鉀(KH2PO4,KDP)晶體等磷酸鹽晶體是人們發(fā)現(xiàn)的最早的一類性能優(yōu)良的非線性光學(xué)晶體材料,這類晶體具有較大的非線性光學(xué)系數(shù),較寬的透光波段,光學(xué)均勻性優(yōu)良,易于實(shí)現(xiàn)相位匹配,最突出的優(yōu)點(diǎn)是易于生長出優(yōu)質(zhì)大尺寸的單晶體。基于此特點(diǎn),KDP晶體已成為高功率激光器中用作頻率轉(zhuǎn)換和電光開關(guān)的重要晶體材料。隨著激光慣性約束核聚變(ICF)研究的發(fā)展,對KDP晶體的口徑、光學(xué)質(zhì)量也提出了越來越高的要求。通常認(rèn)為,雜質(zhì)離子是影響KDP晶體

2、光學(xué)性能、降低晶體損傷閾值的因素。Fe3+離子是摻雜在生長原料中的一種雜質(zhì)離子,很難完全清除,Fe3+離子在晶體生長過程中能夠抑制柱面擴(kuò)散、甚至使晶體發(fā)生楔化現(xiàn)象,并且Fe3+離子本身能夠吸收紫外光,所以晶體中的Fe3+離子是一種值得關(guān)注的對象,本論文主要對不同F(xiàn)e3+離子摻雜濃度的KDP晶體透過、損傷性能進(jìn)行測試、分析,由此對高價(jià)金屬離子對KDP晶體的影響進(jìn)行一定分析。對傳統(tǒng)方法和快速方法生長的不同F(xiàn)e3+離子摻雜濃度的KDP晶體樣品

3、進(jìn)行Z向切割、并對晶體表面打磨拋光制成樣片,對晶體不同區(qū)域透過性能進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法生長的KDP晶體隨著Fe3+離子摻雜濃度的增加晶體的透過率呈現(xiàn)下降趨勢,測試波長越短透過率下降現(xiàn)象越明顯,而晶體的不同扇區(qū)性能差別不大；對快速方法生長的晶體進(jìn)行測試同樣發(fā)現(xiàn)隨著Fe3+離子摻雜濃度的增加晶體的透過率呈現(xiàn)下降趨勢,而快速方法生長的晶體樣品的中心部位(錐形扇區(qū))和邊緣部位(柱形扇區(qū))的透過率有一定差別,邊緣部分比中心部分的紫外透過率明顯降

4、低。通過分析,Fe3+離子在晶體中不同扇區(qū)的富集程度是不同的,并且Fe3+離子對晶體的紫外吸收影響非常大。對KDP晶體的損傷測試發(fā)現(xiàn)隨著Fe3+離子摻雜濃度的增加,不論是傳統(tǒng)方法還是快速方法生長的晶體損傷閾值呈現(xiàn)明顯的降低趨勢。在晶體損傷試驗(yàn)中我們采用了光的散射法和相襯顯微鏡觀測法對比進(jìn)行觀察,確定了晶體出現(xiàn)損傷的狀態(tài)的判斷,并對兩種觀測方法進(jìn)行對比,散射法可以即時(shí)的在線判斷損傷,而相襯顯微鏡可以清晰的觀測晶體損傷的形貌但不能在線觀測。

5、另外在試驗(yàn)中我們觀察到了晶體前、后表面在激光照射下出現(xiàn)的霧狀、顆粒狀噴射物,結(jié)合晶體損傷及預(yù)處理機(jī)制對這些現(xiàn)象進(jìn)行了分析。對晶體進(jìn)行的錐光干涉實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Fe3+離子摻雜濃度對晶體內(nèi)部的均勻性、應(yīng)力等不造成明顯影響。顯微熒光法是利弗摩爾實(shí)驗(yàn)室的S.G.Demos等人用以觀察晶體中缺陷、激活中心的實(shí)驗(yàn),針對Fe3+離子在晶體中的分布情況及其紫外吸收特性,我們提出了可以利用顯微熒光法觀察不同F(xiàn)e3+離子摻雜濃度的KDP晶體,從而研究Fe3+離子