KDP晶体非线性吸收均匀性研究

发布时间：2020-06-06 20:15

【摘要】：磷酸二氢钾(KH2PO4,简称KDP)晶体,人们对其的生长研究已有八十多年,它具有诸如压电性、电光性、铁电性,以及非线性效应等许多优异的性质,由于这些优良的性质,KDP晶体被广泛应用于激光变频、参量振荡、电光调制和压电换能器等高科技领域。最重要的是,KDP晶体具有优良的电光性质,并且非线性光学性质也很好,使它成为大功率激光系统惯性约束核聚变工程(ICF)中唯一满足要求的材料。当高功率激光通过KDP晶体时,晶体的非线性吸收一方面会限制激光输出能量密度,降低激光转换效率,另一方面也会造成自身损伤。所以研究KDP晶体自身均匀性对非线性吸收的影响,是很有必要的。这将有助于我们提高晶体的应用和制备技术。本文利用皮秒激光Z-扫描测量方法,对传统生长和快速生长KDP晶体不同位置非线性吸收的特点进行研究。本论文的主要内容如下:1,利用传统法生长了一块KDP晶体,利用Z-扫描法研究了晶体不同部位对非线性吸收影响的规律。研究表明:当激光波长为532 nm时,晶体样品均表现出明显的非线性吸收效应;相近部位Ⅱ类样品的非线性吸收效应小于z向,即与晶体取向有关。距离帽区底部越近,样品的非线性吸收系数较大,Ⅱ类和z向样品都符合这一规律;这说明晶体不同部位质量有差别,即晶体不同部位非线性吸收程度有所不同。2,利用快速水溶液生长法生长了四块不同过饱和度的KDP晶体(过饱和度分别为3%、5%、7%、9%),同时与传统法生长KDP晶体实验对比。采用Z-扫描技术研究了晶体扇形区不同位置对非线性吸收影响的特点。研究表明:KDP晶体扇形区不同位置在激光波长为532 nm时,均表现出明显的非线性吸收现象;z向样品具有较大的非线性吸收系数。样品扇形区不同位置的非线性吸收有一定的差异性,扇形区的非线性吸收系数趋势是界面的非线性吸收系数最大,锥区次之,最小是柱区;并且随着过饱和度的增大,非线性吸收系数呈减小趋势。3,利用快速法生长了四块Fe3+离子掺杂KDP晶体(掺杂浓度分别为5ppm、1Oppm、15ppm和20ppm),利用Z-扫描技术研究了晶体扇形区不同位置对非线性吸收影响的特点。研究表明:Fe3+离子掺杂KDP晶体扇形区不同位置在λ = 532nm时均表现出明显的非线性吸收现象。相位匹配方向的非线性吸收效应相对较小。Fe3+离子对KDP晶体扇形区非线性吸收效应影响显著,Fe3+离子对扇形区内柱区的影响大于锥区,这表明KDP晶体的非线性吸收程度与晶体本身质量有关。
【图文】：

外形图,外形,共价键,负单轴晶体

１．１ＫＤＰ／ＤＫＤＰ晶体的研究背景及意义逡逑１．１．１ＫＤＰ／ＤＫＤＰ晶体的结构与性质逡逑ＫＤＰ晶体的理想宏观外形是由一个四方柱和四方双锥所聚合成的，如图１．１逡逑（ａ）所示。常见的ＫＤＰ晶体的两种晶型分别为四方相与单斜相［１３］。１９３０年，逡逑Ｗｅｓｔ等人利用Ｘ射线衍射技术和中子衍射技术测定了邋ＫＤＰ晶体的结构参数［１４］。逡逑在室温下，ＫＤＰ晶体属于体心四方结构，点群Ｄ２ｄ－空间群逡逑属于负单轴晶体，即ｎＱ＞ｎｅ，晶胞参数为ａ＝ｂ＝０．７４５３ｎｍ，ｃ＝０．６９７５ｎｍ。ＫＤＰ晶逡逑体是离子键、共价键以及氢键多种键共存的晶体。ＫＤＰ晶体结构中，磷（Ｐ）逡逑原子与氧（０）原子通过ｓｐ３轨道杂化以共价键形式结合成正四面体Ｐ０４四面体逡逑１逡逑

溶解度曲线,生长法,晶体,晶体生长

逦－：：■0？＂．．．逦逦Ｊ）逡逑图２．１传统降温法晶体生长实验装置图逡逑１．籽晶杆２．ＫＤＰ晶体３．转动密封装置４．加热器５．搅拌器６．温度控制器逡逑７．温度计８．育晶器９．水浴装置逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｓｃｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ邋ｕｓｅｄ邋ｆｏｒ邋ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｌｏｗｅｒｉｎｇ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑实验中生长ＫＤＰ晶体所用的是，国药公司生产的指定纯级磷酸二氢钾逡逑（ＫＨ２Ｐ０４），去离子水做溶剂。根据ＫＤＰ晶体的溶解度曲线，在广口瓶中配制逡逑成５８°Ｃ左右的ＫＤＰ饱和溶液，通过０．２２ｐｍ的滤膜过滤，采用传统法生长ＫＤＰ逡逑晶体，晶体生长温度区间为５８？３０°Ｃ；晶体生长速度设为２ｍｍ／ｄａｙ。采用ＦＰ２１逡逑可编程控制器控制溶液温度，控温精度为±0．0２°Ｃ，晶体生长时采用“正－停－反－逡逑停－正’’方式旋转，转速为７７ｒ／ｍｉｎ。图２．３为传统降温法生长的ＫＤＰ晶体。逡逑：逡逑ｆ＆ｒ邋■■邋＇：逡逑－ｉｐ邋；：：逡逑图２．３传统降温生长法生长的ＫＤＰ晶体逡逑Ｆｉｇ邋２．３邋ＫＤＰ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｂｙ邋ｔｈｅ邋ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑１１
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O73

【参考文献】