[發明專利]一種方形四棱錐底式DAST晶體自發成核生長裝置

有效

• 申請號: 201610015398.5
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105648519B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 鐘德高;滕冰;孔偉金;姜學軍;曹麗鳳;由飛
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: C30B7/08
• 分類號: C30B7/08;C30B29/54
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙)37104
• 代理人: 黃曉敏,于正河

技術領域：

本發明屬于溶液法晶體生長設備技術領域，涉及一種有機非線性光學晶體的溶液降溫生長方法，特別是一種方形四棱錐底式DAST晶體自發成核生長裝置，通過生長裝置和底部載晶斜板的特殊設計，大幅增加可用來生長晶體的載晶斜板有效面積，提高DAST晶體生產效率，同時可消除載晶斜板外的自發成核晶體生長，有效提高晶體生長的穩定性，進而大幅改善斜板式自發成核法生長DAST晶體的質量。

背景技術:

太赫茲波(THz)是指頻率在0.1-10THz范圍內的電磁波，該波段處在傳統電子學和光子學研究的邊緣頻譜區，是電磁波譜中唯一未進行全面研究和應用開發的最后一個波譜區間。THz波所處的獨特波譜范圍使其在電子和信息領域有著十分重要的應用前景，引起世界各國政府的極大關注。THz波段具有光子能量低、頻率高、空間分辨率好等優點，可廣泛應用于光譜學成像、無損檢測、安檢(生化物的檢查)、質量控制、高精度保密雷達、衛星間寬帶通信等領域。但是，目前太赫茲波的產生和探測技術仍十分落后，特別是缺乏穩定高效的THz輻射源已成為制約太赫茲光電子技術發展的瓶頸。

研究表明，基于飛秒激光泵浦的DAST[4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶對甲基苯]晶體太赫茲源具有成本低、頻譜寬、效率高等優點，有機DAST晶體是構建THz輻射源的一種理想材料。DAST晶體作為一種性能優異的新型有機非線性光學晶體，具有較大的非線性系數(d₁₁＝290～310pm/V，是LiNbO₃的數十倍)、電光系數以及較低的介電常數(與LiNbO₃和LiTaO₃晶體相比)。作為太赫茲發射源DAST晶體的頻譜寬度能夠覆蓋整個太赫茲波段，且太赫茲脈沖短，飛行時間分辨率高，是迄今產生THz波效率最高的有機非線性光學晶體，不僅利于差頻相位匹配及THz波的產生，而且還非常適合于THz波輻射的高速調制和探測。但是，目前DAST晶體的生長工藝仍不夠成熟，高質量大尺寸晶體難以獲得；而且有機DAST晶體硬度低、易解理，難以進行高精度加工，嚴重限制了該晶體的應用。而已有研究證實，研制基于有機DAST晶體的光整流法太赫茲發射源，可通過將相同晶體取向的小尺寸晶體進行無縫拼接，來增加THz源發射表面積，利用不斷優化泵浦光光束質量，可在室溫下實現高效的激光-太赫茲轉換和寬光譜發射，根據所產生THz輻射的自然準直和無相差的特點，利用光學元件將光束聚焦，進而可實現較高的THz場強和能量輸出。

目前，通過小尺寸DAST晶體的拼接技術可以有效增加THz源發射表面積，是實現高能量THz輸出的有效途徑，但是要實現晶體的高質量無縫拼接，需要大量的高質量小尺寸DAST晶體，而且要求這些用來拼接的小尺寸晶體具有完整的晶體外形和相近的晶體尺寸，這就要求在DAST晶體生長工藝中，在相同的生長條件，可以一次生長出多個晶體外形發育完整、晶體尺寸相近的小尺寸晶體。現有的DAST晶體的生長方法中，斜板式自發成核法是最有可能滿足上述要求的DAST晶體生長方法，但是傳統的斜板式自發成核法采用的圓形平底玻璃生長缸(如圖2所示)，而且在圓形玻璃缸內放置長方形開有溝槽的聚四氟乙烯材質斜板，DAST晶體會在聚四氟乙烯斜板上自發成核，隨著晶核的長大，重力增加滑落到溝槽處直立生長，可以獲得晶型完整的小尺寸晶體，但是這種方法存在以下缺陷：一是方形斜板和圓形的生長缸無法完全匹配對接，導致可用來生長晶體的斜板有效面積較小，使得可用來載晶生長的斜板面積和溝槽位置非常有限，一次可生長的晶體數量少，晶體生產效率低；二是方形斜板無法完全覆蓋圓形缸底，導致自發成核不可避免的發生于斜板外的缸底，而缸底出現的晶核因為與缸底接觸或者相互粘連一起，無法直立生長，很容易因為應力導致出現晶體缺陷，破壞晶體外形的完整性，沒有應用價值，而且可能影響到整個生長溶液的穩定性，甚至破壞斜板溝槽里正常晶體的穩定生長。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有斜板式自發成核法生長DAST晶體過程中，存在的載晶斜板有效面積小、晶體生產效率低和晶體生長穩定性差的缺陷，針對現有斜板式自發成核法生長裝置設計中存在的問題和DAST晶體的性質特點，尋求設計提供一種方形四棱錐底式DAST晶體自發成核生長裝置，采用方形生長缸設計，并在方形生長缸底部構造表面刻有溝槽的四棱錐式聚四氟乙烯材質晶體生長斜面，實現與方形生長缸的有效匹配對接，增加可載晶生長的斜板有效面積，有效提高晶體生長的穩定性和生長效率。