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,易于實現(xiàn)相位匹配,最突出的優(yōu)點是易于生長出優(yōu)質(zhì)大尺寸的單晶體。基于此特點,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、損傷性能進行測試、分析,由此對高價金屬離子對KDP晶體的影響進行一定分析。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。在晶體損傷試驗中我們采用了光的散射法和相襯顯微鏡觀測法對比進行觀察,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行對比,散射法可以即時的在線判斷損傷,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)處理機制對這些現(xiàn)象進行了分析。對晶體進行的錐光干涉實驗發(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驗室的S.G.Demos等人用以觀察晶體中缺陷、激活中心的實驗,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