[發明專利]KDP類晶體錐柱生長區域的判別方法及測量裝置

在審

• 申請號: 202011206315.3
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112432898A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 趙元安;李婷;連亞飛;朱翔宇;邵建達
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/59;G01N1/28;C30B29/14
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種KDP類晶體錐柱生長區域的判別方法和測試裝置，其中方法包括：測量深紫外某一波長激光光束的初始能量E₁或者光功率P₁，在所述深紫外激光光路上放置KDP類晶體，測量透過KDP類晶體后激光束能量E₂或者光功率P₂，利用公式T＝E₂/E₁*100％或者T＝P₂/P₁*100％計算出該KDP類晶體測量點處的透過率T。根據透過率T判斷晶體錐柱生長區域：透過率T高于70％，為KDP類晶體的錐面生長區；透過率T低于50％，為KDP類晶體的柱面生長區；透過率T在[50％，70％]，則為KDP類晶體的錐柱交界區。該方法可簡便、快速判別快速生長KDP類晶體的錐柱生長區類別。

技術領域

本發明涉及一種快速生長的KDP類晶體錐柱生長區域的判別方法及測量裝置，具體是一種利用KDP類晶體元件在深紫外激光波段下的透過率數值大小來判別其錐柱生長區域的方法。

背景技術

磷酸二氫鉀(KH₂PO₄，簡稱KDP)及其氘化物(KD_XH_(2-X)PO₄，簡稱DKDP)、磷酸二氫銨(NH₄H₂PO₄，簡稱ADP)及其氘化物(N(D_XH_1-X)₄(D_YH_1-Y)₂PO₄，簡稱DADP)等晶體材料統稱為KDP類晶體材料。四方相KDP類晶體具有透光波段寬、抗激光損傷性能優異、非線性轉換效率高、能夠生長為大尺寸單晶并且容易加工等諸多優點，被廣泛應用于激光變頻、高速Q開關等高技術領域。近年來，慣性約束核聚變(ICF)工程吸引了世界各國的普遍關注，如美國的“國家點火裝置”等。大尺寸的KDP類晶體是迄今為止唯一可用于ICF工程中電光開關和頻率轉換的非線性光學材料，隨著ICF工程中傳輸激光能量的不斷提升，晶體質量和抗激光損傷能力的提高也成為研究重點之一。

KDP類晶體的制備方法主要有兩種，分別是傳統生長法和點籽晶快速生長法。其中，傳統KDP類晶體生長只沿[001]方向以0.5-1mm/d的速度慢速生長，生長周期長達1-2年，且存在較大體積的籽晶恢復區，該區域晶體質量差，遠低于工程使用要求，因此這種生長方法周期長、風險大、成本高且晶體利用率低。近年來發展起來的點籽晶快速生長技術使晶體沿[100]和[001]方向分別以10-20mm/d的速度穩定生長，晶體生長周期大大縮短，成本降低且晶體恢復區很小，極大提升晶體的利用率。因此KDP類晶體快速生長法具有極大的應用前景。

由BCF理論可知，快速生長法得到的KDP類晶體的低指數生長面分別為(100)面和(101)面，二者所形成的生長區域分別為柱面生長區和錐面生長區。然而，KDP類晶體(100)面上裸露在外的始終是[PO₄]^3-基團中的O，帶有負電性，因此(100)面易于吸附陽離子及陽離子基團如Fe³⁺、Cr³⁺等，導致晶體的柱面生長區在深紫外波段激光輻照下存在明顯的光吸收，透過率明顯降低；而KDP類晶體(101)面為雙層K+及雙層[PO₄]^3-基團交替排列結構，不易于吸附離子及離子基團，因此其對深紫外透過率影響較小。快速生長法生長KDP類晶體錐面和柱面生長區域的質量差異性，是快速生長工藝中最大的缺點，制約晶體在工程中的應用，而錐面和柱面生長區域深紫外透過率的差異性能夠為判別快速生長KDP類晶體的錐柱面生長區提供簡單快捷的手段。

現有的專利技術在關于如何分辨快速生長KDP類晶體的錐柱生長區域及其光學均勻性方面未有研究，因此，亟需建立一種系統的方法及裝置以便實現對KDP類晶體錐柱生長區域的判斷及其光學均勻性的測量鑒定。

發明內容