[發明專利]一種消除低溫相偏硼酸鋇晶體核心包裹的熔鹽法生長方法

有效

• 申請號: 201210565870.4
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103114327A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 吳少凡;陳偉
• 申請（專利權）人: 福建福晶科技股份有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/22
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的人工晶體生長領域，特別涉及一種消除低溫相偏硼酸鋇晶體核心包裹的熔鹽法生長方法。?

背景技術

非線性光學晶體（nonlinear?optical?crystal）是一類重要的功能晶體，可用于制作倍頻、混頻、電光調制、光學參量振蕩和光學波導等元器件，在國際上已經形成了較大規模的產業市場。在眾多的非線性光學晶體中，已經實現商品化的晶體并不多，主要有三種，即β-BBO（低溫相偏硼酸鋇）、LBO（三硼酸鋰）和KTP（磷酸鈦氧鉀）。?

β-BBO晶體是目前被廣泛應用并被譽為“中國牌”的非線性光學晶體，其具有很大的有效倍頻系數（為KDP晶體的6倍），很寬的透明波段區（190-3500nm），低色散，較大的雙折射率以及很高的抗光損傷值；并且具有良好的機械性能，易于切割、拋光、鍍膜，微溶于水，但實驗條件下不潮解。β-BBO晶體廣泛應用于Nd：YAG激光的二次、三次、四次及五次諧波產生（分別可得到532nm、355?nm、266?nm、213?nm的相干輻射），染料激光的二次及三次諧波，Ti:Al₂O₃激光及Alexandrite激光的二次，三次，四次諧波，光學參量振蕩器（OPO）及光學參量放大器（OPA）、氬離子、銅激光器及紅寶石激光器的倍頻等方面。?

BBO晶體存在2種相，即高溫相和低溫相，其中低溫相具有非線性效應。BBO的熔點為1095℃，高低溫相的相變溫度為920℃，所以必須添加助溶劑，采用高溫熔鹽法進行β-BBO晶體生長。高溫熔鹽法中的主要流行的是籽晶法，該方法可以生長質量較高尺寸較大的晶體。籽晶法中最常見的又是頂部籽晶法。它在生長過程中容易觀察，同時生長速度也較快，因為其中的質量疏運既有擴散又有對流晶體本身在轉動的過程中起到一個攪拌熔體的作用。?

由于包裹缺陷的存在，特別是籽晶下方及擴肩表面部分的包裹缺陷，使得整塊晶體毛坯的利用率很低。近年來，隨著電光Q開關應用領域對大尺寸β-BBO晶體器件的尺寸要求越來越高，如何消除籽晶下方的包裹缺陷已經成為β-BBO晶體制備技術研究的熱點。?

前期各類文獻都表明，β-BBO晶體毛坯中的中心區域的包裹物主要是由過冷生長引起的，也就是溶質的輸運落后于生長速度。β-BBO晶體生長過程中，通過以籽晶為旋轉軸旋轉晶體，來加強晶體與熔體之間的溶質輸運。在晶體邊緣位置，由于晶體與熔體相對的轉速較大，晶體生長界面的雜質很容易排除到熔體中，而在籽晶下方，其熔體基本上是處于靜止狀態。該處的雜質無法順利排除到熔體中，就作為包裹物，進入晶體中。?

流體邊界層的概念是由Prandtl于1904年提出來的，已成為當代流體動力學的基石之一。近年來，科學家們把邊界層概念引入β-BBO晶體生長模型中進行理論分析。由于引人了邊界層概念，可將晶體到熔體分為三個部分，即晶體、邊界層、熔體，在熔體中，溶質（特別是雜質）的輸運主要靠對流，輸運的效率非常高；而在邊界層內，溶質輸運主要是靠擴散，輸運的效率低得多。同時，理論研究表明，在其它條件不變的前提下，邊界層內溶質輸運的效率與邊界層的厚度呈正比。前期晶體生長實驗同樣表明，降低邊界層厚度，可以有效提高雜質的排除，大幅度降低包裹物缺陷出現的幾率。?

通過適當地加大晶體轉速，可以有效降低邊界層厚度。但是隨著晶體直徑和轉速的增大，溶液從自然對流向強迫對流轉變，從而改變了生長界面的溫度分布，也即改變了過飽和度，最終導致界面的形狀從凸界面經平界面到凹界面的轉變。當轉速超過一定范圍（前期的實驗表明，當轉速超過10?r/min）時，過高的轉速將破壞界面的穩定性并在界面上形成無數溝槽，以致使界面徹底崩潰，使得整個晶體都是彌散的細小的包裹物。本發明提供了一種新熔鹽生長方法，在不增加晶體轉速的前提下，有效降低邊界層厚度、促進溶質的輸運，已經生長出大尺寸優質β-BBO晶體。?

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發明內容

為了克服傳統熔鹽生長方法中容易產生核心包裹的缺點，本發明通過在晶體生長過程中將晶體在垂直籽晶方向進行低頻率和低振幅的振動，降低晶體與熔體之間的界面處擴散層的厚度，提高籽晶延伸下來的底部溶質輸運能力，消除了晶體中心部位既籽晶底部的包裹，制備出無核心的晶體。?

本發明的具體技術方案如下：?

1.??晶體生長裝置：