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%。

新型AgGa_(1-x)In_xSe_2晶体用于CO_2激光倍频研究

本实验室用布里奇曼方法成功生长出有应用前景的新型四元非线性AgGa1-xInxSe2晶体，对晶体光学透过，红外低倍显微成像，反射损耗和吸收系数进行了研究和计算。基于纯AgGaSe2和AgInSe2的Sellmeier方程，用线性内插方法计算了不同In含量的AgGa1-xInxSe2在0．9～19μm的Sellmeier色散系数并建立了Sellmeier方程。计算和描绘了I型相位匹配CO2激光二次谐波产生的调谐曲线。并标出我们的倍频实验数据。在近似非临界相位匹配条件下，进行了TEA CO2激光10．6μm在AgGa1-xInxSe2中的倍频实验研究，并与AgGaSe2进行了比较，测量的1#AgGa1-xInxSe：相位匹配角日及相位匹配接收外角△θext·L分别为88．2°和7．7°·cm，AgGa1-xInxSe2的倍频效率比AgGaSe2高出近3倍。

AgGa_(1-x)In_xSe_2晶体的蚀坑研究

晶体的质量是其元器件制备的关键之一,蚀坑密度(EPD)的观测是检验晶体质量的一个重要方法.用改进的Bridgman法生长出AgGa1-xInxSe2(x=0.2)单晶,通过化学腐蚀和金相显微镜研究了(101)晶面蚀坑的形貌、分布特征及其密度的大小.结果表明:采用HNO3:HCl=1:2.5的配方,在室温下腐蚀5min,获得了较好的梯形蚀坑.发现晶体的缺陷主要是位错,并初步讨论了蚀坑的成因及其克服的措施,为高质量晶体元件的制备奠定了基础.

AgGa_(1-x)In_xSe_2晶体退火改性研究

采用改进布里奇曼法生长出外观完整的AgGa1-xInxSe2（x=0.2）单晶锭,晶体的红外透过率低,不能直接用于红外非线性光学器件制备。采用TA公司生产的SDTQ-600热分析仪进行DSC-TGA测试,发现其熔点为826.69℃,结晶点为750.86℃,总失重约为3.9217%。采用同成份粉末源包裹晶体,在抽空封结后进行退火处理。退火处理后晶体的红外透过率有明显改善。在4000 cm^-1～7000 cm^-1范围内红外透过率由原先低于25%改进到高于40%;在750 cm^-1～4000 cm^-1范围的红外透过率由原先低于45%改善到超过50%,在2000 cm^-1～750 cm^-1区域甚至高达60%。结果表明：采用同成分粉末源包裹,在抽空封结后退火处理能有效提高AgGa1-xInxSe2晶体的红外透过率,改善晶体的光学均匀性,退火后的晶体适合红外非线性光学器件制备。

AgGa_(1-x)In_xSe_2晶体的生长习性研究

采用DTA对不同铟含量(x)的AgGa1-xInxSe2多晶熔化和结晶温度进行了测试。结果表明:随着x值的增加其过冷度增大。采用改进的垂直布里奇曼法和实时补温技术,对AgGa1-xInxSe2晶体生长过程中的结晶特性和生长温度场关系进行了研究,并对其结晶形态进行了观测。发现:随着晶体生长过程的进行,熔体结晶温度呈下降趋势,固-液界面发生移动;生长晶体表面存在外形规则、形状相同的半球状小孔,有取向一致的台阶反光面,小孔底部为{112}面。研究结果为大尺寸、高质量的AgGa1-xInxSe2单晶体生长奠定了基础,生长出了尺寸达20mm×60mm的完整AgGa1-xInxSe2单晶体。

可接受掺杂比对掺杂晶体AgGa_(1-x)In_xSe_2频率转换的影响

为了研究掺杂比及可接受掺杂比对晶体AgGa1-xInxSe2频率转换的影响,依据可接受掺杂比的理论和晶体Sellmeier方程,给出了光学二次谐波产生(SHG)和Nd3+:YAG(1.06μm)与Ho3+:ILF(2.08μm)激光泵浦光学参量振荡器(OPO)的调谐曲线可接受掺杂比.该结论可用于AgGa1-xInxSe2晶体生长与应用.

AgGa_(1-x)In_xSe_2晶体的定向加工

报道了一种AgGa1-xInxSe2晶体定向加工的新方法,即根据AgGa1-xInxSe2晶体自身解理面,结合晶体标准极图和X射线衍射仪,快速寻找AgGa1-xInxSe2晶体通光面并进行回摆精修的器件加工新方法。运用该方法,针对改进垂直Bridgman法自发成核生长的AgGa1-xInxSe2(x=0.2)晶体,经定向切割、研磨和抛光,初步加工出AgGa1-xInxSe2(x=0.2)晶体光参量振荡(OPO)器件,其相位匹配角θm=54.71°、方位角φ=45°,元件尺寸达8mm×8mm×18mm。新方法不仅定向准确、操作简便,而且可以应用于不同In含量的系列AgGa1-xInxSe2晶体定向加工。

AgGa_(1-x)In_xSe_2晶体热处理研究

结合差示扫描量热曲线（DSC）和相图确定出热处理的温度范围。分别在真空和AgGa1-xInxSe2（x=0.2,0.6,0.8）多晶粉末包埋下,对AgGa0.4In0.6Se2晶体进行了热处理实验,分析了热处理对晶体性能的影响。结果表明：用x=0.6和0.8的多晶粉末包埋,在680℃下保温120 h后再淬火处理的晶片,其红外透过率在550~5500 cm-1波数范围内整体提高到65%以上,光学质量显著提高;EDX和XRD分析表明,采用AgGa0.2In0.8Se2多晶粉末包埋,能够补充晶片中的In缺失,成分更接近AgGa0.4In0.6Se2化学计量比,同时晶片结晶质量也得到明显改善。

硒铟镓银单晶生长过程中In分凝现象研究

采用Bridgman法生长出尺寸为φ15mm×45mm外表无裂纹的AgGa(1-x)InxSe2单晶体,XRD测试表明其峰值尖锐无杂峰.沿晶体生长方向分别于籽晶带、放肩、主体部位取三块不同位置的单晶片做EDX测试,发现其中In含量与理论值不同,随晶体生长过程呈现递增趋势,分析表明是In的分凝结果所形成的.由上述部位XRD多晶粉末结构分析计算出的晶胞常数变化规律亦呈现递增趋势,与EDX实验结果一致.