La2CaB10O19晶体生长体系熔体结构及其微观生长过程研究

La2CaB10O19 (LCB) crystal possesses moderate nonlinear optical effect, affordable birefrigence, high transmission in UV region，high laser damage threshold and stable chemistry and physical properties, which is an potential NLO crystal material. Recently，the main problem of LCB crystal growth is the high viscosity and the small dimension along c direction. In this project, we study the micro-structure of LCB crystal growth system by combining high temperature Raman spectroscopy and theory calculation to explore (1) the development of the microstructures， physics and chemistry properties of LCB crystal growth system with temperature；(2) the function of fluxes and its effects to the viscosity of LCB crystal growth system; (3) the evolution of the microstructures in the growth microprocess, which provide theory supporting for optimizing crystal growth of LCB crystal.

La2CaB10O19(LCB)晶体具有适中的非线性光学效应和双折射、高的紫外透过率及激光损伤阈值，以及良好的物理化学稳定性，是一种具有潜在应用价值的非线性光学晶体材料。目前，LCB晶体生长存在的主要问题是生长体系粘度高，晶体沿c方向存在层状生长习性，不易生长出c向尺寸较大的晶体。本项目中，我们通过结合高温Raman光谱和理论计算研究LCB晶体助熔剂生长体系熔体的微观结构及晶体生长的微观过程揭示：（1）LCB晶体生长体系熔体微观结构及物化性质随温度的变化规律；（2）LCB晶体生长体系中助熔剂作用机制及其对体系粘度的影响规律；（3）LCB晶体生长过程中微观结构的演变，为优化LCB晶体生长提供理论支撑。

La2CaB10O19(LCB)晶体是一种性能优异的非线性光学晶体，具有适中的非线性光学效应和双折射、高的紫外透过率及激光损伤阈值，物理化学稳定性良好。另外，LCB晶体易于进行稀土离子(Nd3+, Yb3+, Er3+，Ho3+)等掺杂，表现出优良自倍频性能。.LCB属于非同成分熔融化合物，须采用高温溶液法（顶部籽晶生长法）进行晶体生长。晶体层状生长习性明显，虽然目前能够生长出尺寸为60×24×22mm3的晶体，但是晶体c向尺寸较小，仍不能满足大尺寸器件的切割需求。另一方面，晶体生长体系粘度高，严重影响LCB晶体的生长质量。生长体系粘度是影响硼酸盐晶体生长的重要因素，粘度过高，物料传输困难，粘度和挥发度较低的体系有助于获得大尺寸高质量的晶体。粘度的大小取决于溶液的微观结构组成，而选择适宜的助熔剂可以调控高温熔体（液）的微观结构，对于硼酸盐体系而言，不同助熔剂的加入有助于改变生长体系中硼氧(B-O)基团，从而可以实现降低体系粘度的目的。因此，在微观层面上理解助熔剂的作用机理及规律对生长大尺寸高质量的LCB晶体具有重要意义。.本项目采用原位共聚焦显微Raman光谱技术研究了LCB晶体及其生长体系La2O3-CaO-Li2O-B2O3的微观结构，结果表明LCB生长体系高温溶液的微观结构基元为B5O8Ø2链，该链由一个B3O4Ø2环和两个BØ2O−三角形共用桥氧原子相连而成；LCB晶体生长溶液中B5O8Ø2短链作为基本结构单元进一步耦合形成类高分子的长链结构，从而导致了生长溶液的高粘度；在LCB晶体生长过程中，随着B由三配位向四配位的转变，B5O8Ø2链相互连接形成B5O12基团，B5O12相互连接形成层，层与层之间由La3+和Ca2+连接成三维晶体结构；LCB晶体沿c轴的LCB层状习性主要由于晶体内部层与层之间弱键连接引起；含有强极性阳离子的助熔剂和适宜的籽晶方向有助于获得大尺寸高质量的LCB晶体。