[發明專利]一種GTR-KTP晶體的制備方法

有效

• 申請號: 201310389390.1
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103451731A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 喬永軍;馮彧;翟仲軍;李杰;逄洪雷;李勇;董勝明
• 申請（專利權）人: 山東華特知新材料有限公司
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B15/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 崔苗苗

技術領域

本發明涉及一種GTR-KTP晶體(Gray?Track?Resistance?KTP,簡稱GTR-KTP)特別涉及一種GTR-KTP晶體的制備方法，屬于非線性晶體材料領域。

背景技術

磷酸鈦氧鉀（KTiOPO₄簡稱KTP）晶體是國際上公認的綜合性能優越的非線性光學晶體。它具有倍頻系數大，轉換效率高，溫度穩定性好，激光抗損傷閾值高，機械加工性能良好和化學性能穩定等優點，被公認為是固態激光器1064-532nm最佳的倍頻材料，并得到了廣泛而重要的應用。但普通KTP也并非十全十美，在大功率密度長期作用下，會產生肉眼可見的所謂“灰跡效應（gray?track?effect）”。灰跡一旦形成，會吸收大量的傳播光速光能，導致晶體發熱、倍頻效率降低、激光器輸出功率下降，噪音加強等一系列后果，繼續運轉甚至會引起KTP晶體不可恢復的損傷。如果能避免“灰跡”的產生，在大功率綠光激光器使用KTP晶體作為倍頻材料，則可簡化激光器構造，降低成本，對提高產品的穩定性和可靠性，將有很大意義。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，克服晶體生長中遇到的困難，本發明提供一種GTR-KTP晶體的制備方法。

本發明采取的技術方案為：

一種GTR-KTP晶體的制備方法，包括步驟如下：

（1）將KH₂PO₄用蒸餾水溶解，用超細膜過濾裝置過濾，通過低溫溶液法生長出高純KH₂PO₄晶體料；

（2）將步驟（1）得的KH₂PO₄材料與K₂CO₃、TiO₂按質量比8:1:1的比例混合后，攪拌均勻放入鉑金坩堝中，爐體內無雜質氣氛升溫到1000℃將原料熔化反應，反應時間18～24h，升溫至1100℃燒料24～36hh，然后恒溫1100℃攪拌36～48h，形成均勻穩定的高溫溶液；

（3）采用頂端與提拉相結合的方法生長的GTR-KTP晶體：將高溫溶液晶體在轉動、提拉中降溫，起始溫度910±20℃，分前期和后期，前期的降溫速度、提拉速率均小于后期的，整個生長周期降溫200±20℃，周期長70-90天，晶體轉動速率40～50rpm。

上述步驟（1）中KH₂PO₄用蒸餾水溶解的質量濃度范圍為50～60%，所述的低溫溶液法為用吊晶法準確測量飽和點溫度，采用溶液降溫法在規格為高32cm直徑34cm的育晶缸生長KDP晶體，采用日本生產的FP21型控溫儀，控溫精度為0.1℃，。采用尺寸為6*6*2mm的優質點狀籽晶，用尼龍線將其固定在擎晶桿上。晶體生長溫度區間為48～59℃，降溫速度為0.2～3℃/d,溶液PH值在4.5左右的情況下生長2-10天長出晶體料。

步驟（2）所述的爐體內無雜質氣氛為爐體內爐膛用鉑金覆蓋形成超環境。

步驟（3）所述的前期降溫0.5℃～1℃/天，提拉速率0.1mm～0.2mm/天，時間30-35天；后期降溫2℃～3℃/天，提拉速率0.3mm～0.5mm/天，時間40-55天。所述的轉動方式為：正轉90s、反轉90s、停轉15s，循環，前后期轉動方式相同。

上述方法制備的抗灰跡晶體，KTiOPO₄和K₆P₄O₁₃的質量比為40%。

本發明的有益效果：

（1）利用爐體內爐膛用鉑金覆蓋，形成超環境，避免外部雜質氣氛污染，采用高精度雙溫區控溫提高了晶體生長溫場的穩定性及對生長溫度曲線的控制能力；

（2）采用KH₂PO₄晶體料提高了原料的純度，同時控制原料比例和反應度，適當提高了溶劑濃度，優化了晶體生長過程中晶格排列，改善的晶體內部質量，降低了晶體電導率和吸收系數，提高了晶體的光學均勻性和抗損傷閾值；

（3）采用頂端與提拉相結合的方法生長的GTR-KTP晶體，緩慢降溫速度，提高轉晶速度，設計合理的降溫程序，進入溶液的生長部分加工成類晶錐形，加快晶體前期生長；加寬籽晶x方向尺寸，利于加厚晶體a面，提高晶體的利用率。