| 题名 | 杂质对KDP晶体生长和质量的影响 |
| 作者 | 郑国宗 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-10 |
| 授予单位 | 中国科学院福建物质结构研究所 |
| 授予地点 | 福建物质结构研究所 |
| 导师 | 梁敬魁 |
| 关键词 | KDP 提纯 pH 杂质离子 光学质量 |
| 其他题名 | the effects of impurities on the growth and quality of KDP crystal |
| 学位专业 | 凝聚态物理 |
| 中文摘要 | KDP晶体是20世纪四十年代发展起来的一种重要的非线性光学材料，具有非线性光学系数大，透过波段宽，光学均匀性好，易于实现相位匹配等优点，广泛应用于激光变频、电光调制和光快速开关等领域。近年来，激光核聚变驱动器的发展对KDP晶体的生长速度和光学质量提出了更高的要求。 由于受原料加工和提纯工艺水平的限制，在KDP溶液中，存在着各种杂质离子。因此，杂质在结晶过程中是不可避免的，对晶体生长和质量的影响也是多方面的。目前杂质对KDP晶体的影响机理仍不十分清晰。一般说来，对于KDP晶体(100)面和(101)面，由于不同的表面结构容易造成杂质的选择性吸附，改变不同晶体的相对生长速度，导致晶体不同部位质量的差异。KDP晶体快速生长法的应用对原料的纯度要求更高。多年来，人们通常认为影响晶体习性的主要是一些高价态，半径小的金属离子，如Fe3+，Cr3+，Al3+，人们对这些金属离子的研究详尽而细致。而一些半径与K+相近的离子（如Rb+，Ba2+， Ln3+等）往往在研究工作中不受人们的重视，但这些离子也非常容易进入晶格，造成比半径较小的金属离子更多的晶体缺陷，这些金属离子对晶体的影响也不应当被忽视。 本论文通过KDP原料的提纯，调酸，掺杂等实验进一步讨论了在不同生长条件下杂质对晶体生长和质量的影响，对杂质影响的机理进行了探索，并就如何排除杂质干扰快速生长出高质量的KDP晶体提出了看法。 通过掺加络合剂后再重结晶的方法对国产KDP原料进行了提纯实验，进一步确定了选择合适的添加剂在重结晶的基础上可以把国产KDP原料中有害金属杂质离子的含量降低到快速生长要求的范围之内。 在本实验所研究的酸度范围内，KDP水溶液的溶解度增大，稳定性增加。同样的过饱和度下，调酸后有利于晶体柱面的生长。酸改变了溶液中杂质的活性，使进入晶体中金属离子的含量明显降低，提高了晶体光学质量。在此基础上，我们探讨了不同酸所对应的阴离子对晶体锥面的影响，当阴离子具有H2PO4-相似结构时，极易被吸附在晶体锥面上，造成晶体锥部透过率降低，散射点密度明显增加；不具有相似结构且半径小的离子（Cl-）在低浓度时对晶体质量的影响不大，只有浓度增加到一定程度才会对晶体造成影响，C2O42-与H2PO4-不具有相似结构且半径比较大，即使在较大的掺加量下（20M%）只对溶液的稳定性产生影响，对晶体质量的影响不大。 在不同的生长方法和不同的降温速度下，探讨了Rb+，Ba2+，Ln3+对晶体生长机理和质量的影响。这三种离子对晶体的生长都有一定的阻碍作用，由于晶体柱面更容易吸附高电荷、小离子半径的金属阳离子。Ba2+比Rb+更容易被柱面吸附，少量的Ba2+即可严重阻碍晶体柱面的生长，当Ba2+进入柱部后，由于电荷差异，Ba2+周围容易产生更大的缺陷，阻碍了台阶的推移，大的过饱和度下容易造成更多的母液包夹，引起宏观缺陷白纹的出现。Rb+不需要解决电荷平衡问题，因此在柱部造成的缺陷较少，即使加大掺加量，晶体中很难有宏观缺陷出现。然而，Ln3+却更容易阻碍锥面的生长，造成整个锥部模糊，产生与Ba2+相似的沙漏状结构，锥部的透过率急剧下降，散射点与柱部的巨大差异已经造成柱锥交界面的清晰显现。我们通过ex situ AFM 对杂质对KDP晶体生长机理的影响进行了探讨，对晶体内部缺陷的形成机理进行了推断，并就如何降低晶体内部缺陷，提高晶体的质量提出了一些方法。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-05-09 |
| 页码 | 102 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.fjirsm.ac.cn/handle/350002/7468]  |
| 专题 | 福建物质结构研究所_中科院福建物质结构研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑国宗. 杂质对KDP晶体生长和质量的影响[D]. 福建物质结构研究所. 中国科学院福建物质结构研究所. 2008. |
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