[其他]磷酸氧鈦鉀單晶的熔鹽生長方法和有關裝置

無效

• 申請號: 85100836
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100836B
• 公開（公告）日: 1988-07-20
• 發明（設計）人: 沈德忠;黃朝恩
• 申請（專利權）人: 國家建筑材料工業局人工晶體研究所
• 主分類號: C30B29/14
• 分類號: C30B29/14;C30B9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種非線性光學晶體磷酸氧鈦鉀（KTiOPO₄，簡稱KTP）的生長方法。

早在七十年代初，KTP晶體就已出現，但做為一種有用的晶體，只是在發現了它的非線性光學特性后，才受到人們的重視。最近幾年，該晶體日益顯示出它的重要性，它是迄今為止所發現的所有非線性光學晶體中性能最優異的一種。

已知的KTP單晶生長的方法有水熱法和熔劑法兩種，見US3949323和US4231838。水熱法是把KTP晶體放置在具有3000個大氣壓力，以黃金為內襯的高壓釜中，在800℃左右進行晶體生長。該法生長條件苛刻，制造高壓釜的材料要求很高，而且高壓釜的封裝和開啟都很困難，長出的晶體也不大。旋轉球形鉑坩堝底部籽晶法，只見過題目報導，未見有該法的任何細節公布，不過從其它有關資料可知，應用該法在坩堝裝料、焊封及切開取出晶體等方面是相當困難的。

本發明的目的在于，尋求一種較為合適的方法生長KTP大單晶。本法不同于傳統的熔劑法，是在綜合、分析若干晶體生長的技術基礎上發明的一種熔鹽生長法。

本發明是通過以下三個步驟來實施的。

一、原料的制備：

因為KTP在1160℃時便產生化學分解，常壓下不可能得到熔融狀態，要使KTP晶體生長在常壓下得于進行，必須尋找某種熔鹽，使得KTP原料在1160℃以下熔解在該熔鹽中，獲得KTP的熔液，然后在這種熔液中進行晶體生長。原料的制備包括兩個方面，一是制備KTP化合物本身，一是制備KTP的熔鹽熔劑。

利用下列的任何一個反應，都可以制備出合乎要求的KTP化合物：

（1）K₂TiO（C₂O₄）₂+KH₂PO₄

→KTiOPO₄↓+K₂C₂O₄+H₂C₂O₄

（2）K₂CO₃+TiO₂+（NH₄）₂HPO₄

→KTiOPO₄+CO₂↑+NH₃↑+H₂O

（3）KH₂PO₄+TiO₂→KTiOPO₄+H₂O

KTP的熔劑是多磷酸鉀鹽，可以是三磷酸到六磷酸的鉀鹽及它們的混合物。熔劑可通過K₂HPO₄和KH₂PO₄來制備。KTP化合物和它的熔劑，既可分別制得，然后按比例混合，也可以合并制備KTP和它的熔劑的反應，一次取得KTP和它的熔劑的符合比例要求的混合物。KTP化合物和熔劑的重量比通常在1∶19～2∶3之間。制備KTP化合物和熔劑的原料，可采用市售的試劑級原料。

二、KTP單晶生長的裝置：

KTP單晶生長的裝置是一臺合適的加熱爐，該加熱爐至少能加熱到1100℃，加熱腔內最高溫處與其附近具有0.5°～5℃/cm的溫度梯度，具有精密的溫度控制系統，控溫精度為±0.5℃。爐子的加熱腔可放置坩堝，坩堝的底部和爐子的底部的轉動機構相連接，能使坩堝均勻地沿水平方向旋轉，以使在生長過程中晶體和熔體間有一個相對的運動，坩堝底部還能與一冷卻桿相接觸，使冷卻介質通過冷卻桿來局部降低坩堝的溫度，以促進結晶的形成和晶體的生長。冷卻桿和坩堝底的接觸面不得大于φ2mm。

爐子的上方安裝著籽晶桿，籽晶桿的下端能裝卡KTP籽晶，上端和一轉動機構相聯接，能使籽晶桿作繞軸向的旋轉運動，該籽晶桿也能上下移動，以便能伸入開口坩堝中的適當位置上，以便于將生長在籽晶上的晶塊提高熔體。籽晶桿還能附有冷卻裝置，以便于控制籽晶附近的溫度，便于晶體的生長。如果采用導熱性良好籽晶桿，也可不用附加冷卻系統，如用鉑箔包裹著的帶孔的氧化鋁陶瓷桿，便是一種滿意的籽晶桿。桿的直徑從φ3-φ10mm。

在晶體生長過程中，既可使坩堝作水平旋轉，也可使籽晶桿旋轉，也可二種運動同時進行，二種運動比單一運動，效果更佳。