【摘要】：紅外非線性光學(xué)晶體是通過激光頻率變換從而輸出可調(diào)諧中遠(yuǎn)紅外激光的一類材料,廣泛應(yīng)用于石油開采、天然氣管道泄漏探測、大氣中溫室氣體探測等民用領(lǐng)域,以及紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈探測器、紅外激光偵查和巡航導(dǎo)彈等軍事領(lǐng)域�，F(xiàn)有紅外非線性光學(xué)晶體主要有AgGaQ_2(Q=S,and Se)、ZnGeP_2等,難以滿足不同應(yīng)用的需求。Pb_(17)O_8Cl_(18)(POC)是近年來發(fā)展起來的一種新型紅外非線性光學(xué)晶體,其激光損傷閾值和倍頻效應(yīng)優(yōu)于現(xiàn)有晶體,具有巨大的應(yīng)用潛力。但該晶體生長難度大,目前文獻(xiàn)報道只有毫米級尺寸的晶體,甚至無法滿足各種性能的測試。本論文從POC晶體的原料合成、晶體生長及性能表征等方面開展研究工作,取得如下研究結(jié)果:(1)研究了Pb_(17)O_8Cl_(18)成分附近的局域相圖,發(fā)現(xiàn)Pb_(17)O_8Cl_(18)是穩(wěn)定的一致熔融化合物,糾正了現(xiàn)有文獻(xiàn)上相圖的錯誤;(2)采用固相燒結(jié)法合成了POC多晶料,先后采用微下拉法和坩堝下降法生長了POC晶體;由于組分嚴(yán)重?fù)]發(fā),微下拉法生長只能獲得細(xì)小的晶體顆粒;通過坩堝選擇、溫場優(yōu)化、速率控制,采用坩堝下降法成功獲得了多塊厘米級晶體;最佳工藝條件如下:溫度梯度為20~30℃/cm,下降速率0.2~0.3mm/h,初始配料中PbCl_2過量以彌補(bǔ)組分的偏離。研究了POC晶體的晶體形貌和生長機(jī)理。(3)通過XRD和晶體結(jié)構(gòu)解析,判斷所得POC晶體屬于正交晶系,所屬空間群為Fmm2(No.42),晶胞參數(shù)為a=35.4963(14)?,b=5.8320(2)?,c=16.0912(6)?,Z=3。晶體理論密度為6.413g/cm~3。POC晶體屬于無心對稱結(jié)構(gòu),它的結(jié)構(gòu)中只存在Pb-O鍵和Pb-Cl鍵,其中Pb-O鍵有利于紫外和紅外截止邊的擴(kuò)大。(4)測試了晶體的傅里葉紅外光譜、漫反射光譜和霍爾效應(yīng)。從傅里葉紅外光譜中看出,由Pb-O鍵振動引起的吸收峰出現(xiàn)在16μm波長處,剛好避開了兩個大氣窗口,不影響晶體在紅外波段的有效利用;漫反射光譜表明,POC晶體帶隙在3.39eV,滿足紅外非線性光學(xué)晶體帶隙大于3.0eV的要求,推測POC晶體可能具有較大的激光損傷閾值;霍爾效應(yīng)得到出POC晶體為P型半導(dǎo)體。
【圖文】：

第 4 頁 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 碩士學(xué)位論文晶格常數(shù)為 a =7.8 ，b =5.7 ，c =7.2 ，β= 58°的單斜晶胞（空間群 C22h或 C22）。PbO的熔點(diǎn)為 896℃。PbCl2在斜方晶系（空間群 D162h-Pnma）中結(jié)晶，其晶格常數(shù)為 a = 4.534 ，b =7.623 ，c = 9.048 。1960 年 Modestova 對 PbCl2進(jìn)行了熱分析和 X 射線衍射分析，結(jié)果表明，PbCl2熔點(diǎn)為 501℃，并且存在兩種多晶型轉(zhuǎn)變，在 422℃時從 α-PbCl2相轉(zhuǎn)變?yōu)?β-PbCl2相。1906 年，Ruer[24]過熱學(xué)分析和顯微鏡分析研究了系統(tǒng)PbO-PbCl2二元體系的相圖，發(fā)現(xiàn) PbO（熔點(diǎn)為 835℃）及 PbCl2（熔點(diǎn)為 499℃）形成三種化合物是 Pb5O4Cl2（熔點(diǎn)為 711℃），Pb3O2Cl2（熔點(diǎn)為 693℃），，PbOCl2（熔點(diǎn)為 524℃）。圖 1.1 為 PbO-PbCl2二元體系的相圖。

圖 2.1 微下拉法原理示意圖[32]g. 2.1 Schematic diagram of principle of micro pull-down metho化物、鹵化物、元素半導(dǎo)體等晶體材料都可以采用微下Fukuda 等人用微下拉法成功生長了 LiNO3、YAG、Lu使用微下拉法成功生長了 BGO、BSO 晶體，Baldochi 2.1 簡要羅列用微下拉法成功生長出的晶體[32]。表 2.1 微下拉法生長的晶體類型及相關(guān)化合物Crystal types and related compounds grown by micro pull-down化合物Ce:Y3Al5O12(YAG)[33], Tm:Lu3Al5O12(LuAG)[34], NdYb3+:Gd3Ga5O12[36], Ce3+:PrAlO3[37]Eu,Y:LiCaAlF2[38], La3+:BaCl2[39], Nd3+:LiLuF4[40]CsI[42],Tm3+:LiCaAlF6[43]Ce:SrHfO3/SrAl12O19[44],Eu2+:LiF/AlF3/CaF2[45],LiF/LiYF4[4,SrTiO/TiO[48], AlO/ZrO[49]
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O734

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2654972