新型先进中红外高功率非线性光学材料磷硅镉晶体的生长与机理研究

CdSiP2是中红外高功率激光频率转换性能最好的先进新材料，可用1μm泵浦输出6μm激光，1.55μm泵浦可在1.7-9.5μm输出宽可调激光，在红外跟踪、制导、激光反卫星、核武器突防和激光医学等领域具有重大用途。CdSiP2合成时，组元熔点相差大(P和Si)、蒸气压高，易发生爆炸；晶体生长时，存在相变，会分解出单质P，易出现组分偏析、空位等缺陷，甚至发生爆炸；晶体冷却时，存在反常热膨胀使晶体和安瓿炸裂，很难获得高质量单晶体。研究CdSiP2多晶合成和单晶生长过程中发生爆炸的原因，提出解决爆炸的新原理、新方法、新技术，阐明机理和关键控制技术；采用"低温分离原料和高温熔体机械与温度振荡"和"类籽晶双层坩埚旋转下降和适时变温调速"新方法，合成高纯单相多晶、生长高质量单晶体；研究多晶和晶体结构、性能和缺陷与工艺技术条件的关系及机理，提高晶体光学质量、制备OPO器件，具有重要的科学和技术价值。

CdSiP2晶体是一种先进高功率中红外非线性光学新材料，具有透明范围宽(0.5~9mm)、非线性光学系数大(d36=84.5pm/v)、导热率高(13.6w/mk)、光损伤阈值高(1.2 J/cm2)等优点，可由1μm、1.55μm、2.05μm等激光泵浦直接输出6μm以上可调高功率中红外激光，在激光武器、红外制导、红外测距、激光雷达、激光热核聚变和大气监测等领域有广泛而重大用途。.研制出低温区在炉体中部的双温区合成炉，采用低温气相分离原料和高温熔体机械与温度振荡新方法，合成出黄铜矿结构的高纯单相CdSiP2；设计制作出CdSiP2单晶生长的柔性PBN内衬双层可调压石英安瓿（坩埚），采用类籽晶双层可调压坩埚下降和适时变温调速的新方法，生长出外观完整性较好的尺寸达φ15×65mm的CdSiP2单晶体，解决了CdSiP2晶体高温生长过程中由于蒸气压过大导致的生长安瓿膨胀和爆炸等问题，晶体在1.064μm处的透过率达54.3%，对应的吸收系数为0.067cm-1。研究出一种利用晶体解理面和标准极图与X射线衍射相结合确定晶体C轴，再按照CdSiP2晶体Ⅰ类相位匹配要求的角度(θ=45.5°,φ=45°)定向切割、加工制作CdSiP2晶体OPO器件的新方法，制备出尺寸达6×7×17mm3的CSP-OPO器件，获得了激光输出。研究结果为CdSiP2中红外高功率宽可调激光频率转换器件制备奠定了学术和技术基础。