3～5μm AgGaS2光参量振荡器的优化分析

研究调Q Nd∶YAG(1.064μm)激光器泵浦的AgGaS2光学参量振荡器.根据三波互作用的相位匹配原理,分析AgGaS2光学参量振荡器的Ⅰ类相位匹配角、角度调谐曲线和有效非线性系数等动力学参数.计算在小信号近似下,允许角随输出波长和晶体长度的变化规律,并讨论允许角对相位失配系数的影响.在允许的相位失配范围内,研究晶体长度对转换效率的影响.

中远红外非线性光学晶体AgGaS_2、AgGaSe_2和AgGa_(1-x)In_xSe_2研究进展

综合报道了本实验室关于黄铜矿类I-III-VI2型系列晶体的研究进展。采用两温区气相输运温度振荡法合成出高纯、单相、致密的多晶材料,在三温区立式炉中用坩埚旋转下降法生长出AgGaS2、AgGaSe2和AgGa1-xInxSe2等系列单晶体,X射线单晶衍射谱和回摆谱表明晶体的结晶性好,结构完整;红外透过率接近理论值,吸收系数低于0.017 cm-1,表明生长的晶体光学质量高。研究出一种新的能对AgGa1-xInxSe2晶体(112)晶面进行择优腐蚀的腐蚀剂:(30 g CrO3+10 mL H2O)∶H4PO4(85%)∶HNO3(65～68%)∶HF(40%)=10∶10∶10∶2(体积比),在60℃下腐蚀40 min,能够清晰地显示出AgGa1-xInxSe2晶体(112)面取向一致的三角形腐蚀坑,边界清晰,蚀坑密度大约为105/cm2数量级。采用自行研制的晶体定向切割新方法,加工出AgGa1-xInxSe2-OPO器件,获得了3～5μm的激光输出,光-光转换效率达21%。

gGaS_2单晶生长与完整性研究

采用二温区气相输运温度振荡方法合成了高纯单相致密的AgGaS2 多晶 ,计算出晶格常数a=5.7535nm ,c =10 .30 0 8nm ,以及S原子位置x =0 .2 79,与PDF值相差很小 ,表明其是高质量的多晶原料。以此为原料用改进Bridgman法生长出直径 15mm长度 30mm的单晶体 ,经外形观测、解理试验和X射线衍射分析表明其是结晶完整的单晶体。

AgGa(S_(1-x)Se_x)_2固溶体的电子结构和光学性质

采用基于赝势平面波基组的密度泛函理论方法,对一系列具有黄铜矿结构的AgGa(S1-xSex)2固溶体的构型、电子结构、线性和二阶非线性光学性质进行了系统研究.结果表明,各固溶体具有类似的能带结构,体系带隙随x值增加而逐渐减小.当所引入的Hartree-Fock交换项贡献为22.56%时,对应的杂化PBE泛函得到的带隙值与实验结果相近.固溶体的各种光学性质,包括折射率、双折射率、反射率、吸收系数和二阶倍频系数等均随着组成的改变呈现出有规律的变化趋势,变化范围介于AgGaS2和AgGaSe2二者之间.因此,利用固溶体光学性质的变化规律,可从中寻找出具有特定光学性能的晶体材料.

用于红外变频的大尺寸AgGaS_2晶体生长

在红外变频非线性光学应用中需要高光学质量大尺寸AgGaS2 晶体元件。我们采用改进的Bridgman方法生长直径 2 8mm、长度 6 0～ 80mm的晶体棒。成功生长的关键是要采用C向籽晶。 [0 0 1]籽晶生长的晶体中很少发现裂纹、聚片孪晶等宏观缺陷。在Ag2 S共存下的热处理能有效地排除晶体中的异相沉淀 ,显著改善透明度。我们制备的Ⅰ型相位匹配 8mm× 10mm× 16mm和 5mm× 5mm× 15mmAgGaS2 晶体元件分别成功地应用于差频、和频激光实验。

AgGaS_2晶体生长裂纹研究

从理论和实验上对AgGaS2 晶体生长中易产生裂纹甚至开裂的现象与其热应力、晶体尺寸以及温度梯度、生长速率等生长参数之间的关系进行了研究。结果表明:晶体产生裂纹甚至开裂与生长速率、坩埚旋转速率、冷却速率所造成的热应力和热应变有关。采用改进的Bridgman法成功地生长出尺寸为12mm×30mm无裂纹的AgGaS2单晶体,给出了制备无裂纹、大尺寸AgGaS2 晶体的较佳生长工艺参数。

一种新型制备红外非线性晶体AgGaS_2的方法

采用改进的Bridgman法生长出25mm×70mm的AgGaS2单晶,并对样品进行了退火处理。通过X射线粉末衍射(XRD)测试,证实利用该方法制备的单晶确为AgGaS2;利用红外分光光度计检测,晶体0.5～12μm波段透过率在60%以上(未镀膜),表明晶体品质良好。另外,还加工出两块不同角度5mm×5mm×5mm倍频元件,在2.79μmEr,Cr∶YSGG和9.6μmCO2激光器上实现了倍频光输出。

硫镓银晶体的定向切割

研究了一种准确、简捷定向切割硫镓银(AgGaS2)晶体的新方法。利用晶体结构特点,从AgGaS2晶体上解理出两个不平行的{101}晶面,结合其晶面间夹角关系和标准极图,确定出晶体的C轴方向。然后,以C轴为基准,按相位匹配角度对晶体进行切割,得到器件的通光面。再对切割出的器件初样进行加工和采用X射线衍射修正,获得了10 mm×10 mm×20 mm的AgGaS2晶体光参量振荡(OPO)器件。新方法对AgGaS2晶体进行定向切割加工,精度高、操作简便、重复性好,不仅可用于AgGaS2晶体的定向切割,而且可用于其它一些具有类似结构晶体的定向切割。

AgGaS_2晶体生长成核研究

本文在对红外非线性光学材料AgGaS2的DTA谱线进行分析的基础上,对AgGaS2的结晶习性进行了研究。对传统的Bridgman Stockbarger法进行了改进,设计出新的三温区立式炉,炉内温度梯度达到生长晶体的要求。根据自发成核的几何淘汰理论,针对AgGaS2的结晶特点,设计出适宜的石英生长安瓿,形状能够满足AgGaS2晶体结晶习性的需要,成功地生长出完整性较好的尺寸达10mm×25mm的AgGaS2单晶体。

连续离子层吸附反应(SILAR)法制备AgGaS_2纳米薄膜及性能表征

采用连续离子层吸附反应(SILAR)法,通过500℃退火在玻璃衬底上制备出AgGaS2纳米薄膜。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、紫外可见(UV-Vis)谱和光致发光(PL)谱等对纳米薄膜的物相、形貌、化学配比和光学性能进行了定性和定量表征。XRD测试结果表明,实验获得产物为黄铜矿结构AgGaS2,并观测到(112)面和(224)面。使用Scherrer公式估算了AgGaS2产物的晶粒平均粒度大小约为30 nm。SEM观测到的AgGaS2纳米薄膜外形均匀一致,沉积紧密,薄膜沉积的纳米平均颗粒直径约为18～26 nm。EDS测试结果显示AgGaS2纳米薄膜中Ag、Ga和S三元素的原子相对百分含量为25.12%,26.66%和49.93%,其化学计量比几近于1:1:2物质的量比。通过紫外可见透过光谱得到截止波长为470.1 nm,禁带宽度为2.64 eV。室温PL测试发现发光中心在456 nm,与AgGaS2晶体发光中心相比产生了约40 nm的蓝移。以上结果充分表明SILAR法是一种制备AgGaS2纳米薄膜的有效方式。

用于AgGaS_2晶体生长的石英安瓿镀碳工艺研究

采用金相显微镜、推力分析仪等测试手段研究了石英安瓿内壁镀碳工艺对所镀碳膜的表面形貌、碳膜和石英安瓿结合力的影响。获得了一个较佳的镀碳工艺,即在气体流量为600 ml/min,镀碳温度在1060℃-1100℃之间,镀碳时间为30 min,冷却时间为11 h的条件下可获得均匀、致密而且与石英安瓿内壁结合牢固的碳膜层。采用该工艺镀膜的石英安瓿生长的AgGaS2晶体完整,表面光洁透明,位错密度低,约为6×10^4cm^-2。

基于CO_2激光的AgGaS_2差频产生太赫兹波的数值分析

采用中红外CO_2激光差频产生太赫兹波是提高转换效率和输出功率的一种有效方法。根据差频过程中的三波互作用对AgGaS_2晶体进行了理论分析,数值模拟了oeo类和oee类两种匹配条件下差频产生太赫兹波的角度调谐曲线,并计算了光波在晶体中的走离角和允许参量。另外,还考虑了晶体的有效非线性系数和理论功率转换效率。研究结果表明,AgGaS_2晶体适用于中红外CO_2激光差频产生可广泛调谐的太赫兹波。

石英生长坩埚镀碳工艺研究

研究了在AgGaS2晶体生长石英坩埚内壁镀碳的工艺,包含了镀碳温度、镀碳时间及冷去时间对碳膜质量的影响,从而获得了最佳镀碳工艺,即采用高纯甲烷在1040℃的高温下,热解60min,并冷却12h。采用该工艺镀碳的石英坩埚解决了AgGaS2晶体在高温下与石英坩埚的粘连问题,防止了坩埚杂质向晶体中的扩散,生长出表面光滑,完整性好,大尺寸的AgGaS2晶体。

硫镓银晶体的化学腐蚀研究

采用改进的垂直布里奇曼(Bridgman)法自发成核生长AgGaS2晶体,在生长初期对生长安瓿籽晶袋进行上提回熔,生长出外观完整、无裂纹的大尺寸AgGaS2单晶体。采用XRD对晶体进行分析,获得了(112)、(001)和(101)面的高强度尖锐衍射峰。采用不同配比的腐蚀剂对晶体(101)、(112)及(001)晶面进行化学腐蚀,然后采用金相显微镜和扫描电镜观察,结果显示,(101)晶面蚀坑为清晰的近似三角形的四边形蚀坑,(112)晶面蚀坑为清晰的近似三角锥形,(001)晶面则呈现互相垂直的腐蚀线。初步分析了不同蚀坑的形成原因,计算出(101)和(112)面蚀坑密度约为105/cm2数量级。结果表明,改进方法生长出的大尺寸AgGaS2单晶体结构完整、位错密度低,质量较好。

利用AgGaS_2与AgGaSe_2晶体差频获得中红外射线的性能研究

根据差频过程中参量光的三波耦合方程,对非线性晶体AgGaSe_2和AgGaS_2进行了差频光参量理论分析。经过数值模拟计算,得到了在Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配条件下,泵浦波长分别取不同值时差频调谐波长与调谐角度的理论曲线。在Ⅰ类相位匹配条件下,当PPLN—OPA的泵浦波长为1064nm时,AgGaS2与AgGaSe_2的调谐波长范围,分别是4～13μm和4～18μm,其对应的调谐角度范围分别是31.8～37.3和43.4、61.55度。

硒镓银晶体的结构与光学特性研究

用坩埚旋转下降法生长出 2 2mm× 88mm的红外非线性光学晶体硒镓银 ,并对其结构与光学特性进行了研究 ,测定出晶体结构为 4- 2m点群 ,晶格常数a =0 .5 993 3mm ,c =1.0 884nm ,熔点860℃ ,在 10 .6μm附近的透过率为 62 .4% ,对 10 .6μmCO2 激光的能量转换效率达 12 %。此外 ,还进行了扫描电子显微镜 (SEM )图像观察和核光谱特性测量。

两温区气相输运温度振荡法合成AgGaS_2多晶材料

根据对Ag2S-Ga2S3赝二元相图的分析,采用同成分点配料,分别采用一种新方法———两温区气相输运温度振荡法和普通气相输运法合成AgGaS2多晶材料。通过XRD对合成AgGaS2多晶的分析,结果发现:新方法合成的原料纯度及均匀性优于普通气相输运法合成的样品。晶体生长实验表明:新方法合成的AgGaS2多晶材料生长出的单晶外观完整、无裂纹,红外透过率达67%,而普通气相输运法合成的多晶材料生长出的单晶体红外透过率36%。因此,两温区气相输运温度振荡法是合成高质量AgGaS2多晶材料的一种较好的新方法。

连续波可调谐CO_2激光在AgGaSe_2中倍频研究

在一台小型连续波(CW)CO2激光器上用光栅调谐获得了从9.23-10.65μm范围内20条谱线输出,用一片8 mm×8 mm×15 mm红外非线性光学晶体AgGaSe2实现了上述谱线的二倍频输出。实验测得10P(20)谱线的倍频光输出为2.1μW,相位匹配接收外角△θ外·L=2.1°·cm。

GaSe：AgGaSe_2晶体的光学性能及应用(英文)

从GaSe:AgGaSe2熔体(质量掺杂浓度为10%)中生长的非线性光学晶体ε-GaSe:Ag晶体(质量掺杂浓度≤0.04%)是一种非中心对称晶体,可用于相位匹配频率转换。Ag的掺入使GaSe晶体的显微硬度提高了30%,从而使其可以在任意方向上进行切割和抛光。本文研究了GaSe:AgGaSe2晶体在可见、中红外及太赫兹波段的光学性能。实验证明:GaSe:AgGaSe2晶体的吸收系数是纯GaSe晶体的2倍,其CO2激光倍频效率是ZnGeP2晶体的1.7倍。

石英安瓿下降法生长硫镓银晶体的研究

分析了硫镓银晶体的反常热膨胀,主要是由于晶体结构中Ag,Ga,S三种原子形成的四面体随着温度变化发生了畸变;通过采用改变生长安瓿的直径和壁厚,并在生长安瓿外面加一层套管的方法来减小晶体在降温过程中的反常热膨胀作用,有效避免了反常热膨胀可能造成的晶体破裂现象,生长出了完整性较好的大尺寸硫镓银单晶体。