大尺寸KDP-DKDP晶體熱學(xué)性質(zhì)及其均勻性研究.pdf

1、磷酸二氫鉀(KH2PO4，簡(jiǎn)稱KDP)晶體，是一種性能非常優(yōu)良的非線性光學(xué)晶體。KDP晶體由于較大的非線性光學(xué)系數(shù)，從近紅外到紫外波段都有很高的透過率，較高的激光損傷閾值，可對(duì)1.064μm激光實(shí)現(xiàn)二倍頻、三倍頻和四倍頻，也可對(duì)染料激光器實(shí)現(xiàn)二倍頻，被廣泛的用于制作各種激光倍頻器。另外，KDP晶體也是一種性能優(yōu)良的電光晶體材料。KDP晶體由于其優(yōu)良的電光性質(zhì)和非線性光學(xué)性質(zhì)成為大功率激光系統(tǒng)慣性約束核聚變工程(ICF)中唯一可用的非線性

2、光學(xué)材料。
　　隨著ICF事業(yè)的發(fā)展，KDP晶體尺寸、數(shù)量和質(zhì)量的提升成為現(xiàn)在研究的重點(diǎn)。例如，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火計(jì)劃(NIF)大約需要600片截面積為410mm×410mm的KDP/DKDP晶片，用來組裝成普克爾斯盒和倍頻器件，另外，還需要大量的備用的晶片。就我國(guó)而言，目前“神光Ⅲ”主機(jī)和點(diǎn)火工程已經(jīng)被列入國(guó)家中長(zhǎng)期重大工程，未來國(guó)家將會(huì)對(duì)高質(zhì)量的大尺寸KDP/DKDP晶體的需求將會(huì)持續(xù)加大。
　　KDP/DKDP晶體作為典型的

3、彈脆性材料，在生長(zhǎng)、出槽、搬運(yùn)、加工、退火和激光熱輻射過程中極易因溫度的變化而產(chǎn)生開裂，而開裂問題嚴(yán)重制約了KDP/DKDP晶體向更大尺寸、更高質(zhì)量和更高使用性能方向的發(fā)展。材料的開裂行為是由于內(nèi)應(yīng)力超過其抗拉或抗壓強(qiáng)度而發(fā)生的，熱學(xué)性質(zhì)則表征材料受溫度變化而發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)的變化。為了研究大尺寸晶體的開裂行為，我們對(duì)KDP晶體的熱學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　KDP/DKDP晶體由于生長(zhǎng)速度慢，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，在生長(zhǎng)過程中生長(zhǎng)條件會(huì)有

4、所差異，這會(huì)帶來晶體在不同生長(zhǎng)階段熱學(xué)性質(zhì)的差異性。此外，KDP/DKDP晶體是通過水溶液法生長(zhǎng)，水溶液中的雜質(zhì)離子對(duì)晶體的生長(zhǎng)和各項(xiàng)性質(zhì)都有非常重要的影響。目前已針對(duì)雜質(zhì)離子對(duì)晶體各項(xiàng)光學(xué)性能影響做過大量研究，而鮮有關(guān)于其對(duì)晶體熱學(xué)性質(zhì)影響的報(bào)道。本文針對(duì)KDP/DKDP晶體的熱學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，論文主要有以下內(nèi)容:
　　1、針對(duì)大尺寸KDP/DKDP晶體不同生長(zhǎng)區(qū)間熱膨脹系數(shù)均勻性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:大尺寸KDP/DKD

5、P晶體熱膨脹系數(shù)在不同的生長(zhǎng)區(qū)間存在不均勻性，其中，晶體生長(zhǎng)初期靠近成帽區(qū)的部分和晶體生長(zhǎng)末期靠近錐頭區(qū)的部分熱膨脹系數(shù)與晶體中間部分偏差較大。得到了KDP/DKDP晶體分別在25-100℃和25-110℃內(nèi)的各切向的平均線性熱膨脹系數(shù)。
　　2、對(duì)大尺寸KDP/DKDP晶體不同生長(zhǎng)區(qū)間的熱導(dǎo)率進(jìn)行了測(cè)試分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大尺寸KDP/DKDP晶體不同生長(zhǎng)區(qū)間熱導(dǎo)率存在不均勻性，生長(zhǎng)初期靠近成帽區(qū)的部分和晶體生長(zhǎng)末期靠近錐頭區(qū)的

6、部分熱導(dǎo)率與晶體中間部分偏差較大。另外，得到了晶體在不同溫度下的熱導(dǎo)率。
　　3、選擇了KDP晶體生長(zhǎng)溶液中常見的不同價(jià)態(tài)的金屬陽離子Cs+、Mg2+、Al3+，與H2PO4-具有相近結(jié)構(gòu)的ClO4-進(jìn)行了晶體的摻雜生長(zhǎng)，研究了其對(duì)晶體熱膨脹系數(shù)的影響。摻雜結(jié)果表明:晶體柱面生長(zhǎng)區(qū)x向熱膨脹系數(shù)隨Cs+摻雜濃度的增加呈現(xiàn)出先減小后增加的規(guī)律，錐面生長(zhǎng)區(qū)x向熱膨脹系數(shù)與柱面生長(zhǎng)區(qū)有相同的影響規(guī)律，但影響稍小，摻雜后柱面生長(zhǎng)區(qū)z向熱膨

7、脹系數(shù)變化較小，規(guī)律不明顯，而錐面生長(zhǎng)區(qū)z向熱膨脹系數(shù)在摻Cs+后都小于未摻雜晶體;隨Mg2+摻雜濃度的增加，KDP晶體柱面和錐面兩個(gè)生長(zhǎng)區(qū)x向熱膨脹系數(shù)都呈減小的趨勢(shì)，而z向熱膨脹系數(shù)比未摻雜時(shí)有所降低，但變化規(guī)律不明顯且變化不大;Al3+的摻雜使KDP晶體的熱膨脹系數(shù)都明顯降低。柱面生長(zhǎng)區(qū)x向和z向熱膨脹系數(shù)都隨摻雜濃度升高而減小，錐面生長(zhǎng)區(qū)則無明顯變化規(guī)律。
　　隨ClO4-摻雜濃度的增加，柱面生長(zhǎng)區(qū)x向熱膨脹系數(shù)有先增加后