《中紅外非線性光學晶體硒化鎵的合成與生長研究》是依託哈爾濱工業大學，由朱崇強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：中紅外非線性光學晶體硒化鎵的合成與生長研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱崇強
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
中紅外非線性光學晶體在國防和民用領域上有重要套用前景，尤其是針對3-5μm和8-10μm這兩個大氣透明視窗波段的研究，更是有著重要的科學意義和實用價值，這一類晶體材料成為非線性光學領域的一個重點發展方向。硒化鎵晶體(GaSe)具有非線性光學係數大、透光波段寬、雙折射率大等優點，是目前有著重要套用背景的中紅外非線性光學材料之一。本項目採用單溫區法合成GaSe多晶料和垂直布里奇曼法生長GaSe單晶。研究高純度單相的GaSe多晶料合成工藝，通過反應熱力學與動力學原理進行分析與實驗，確定出最優合成工藝參數；研究高質量GaSe 單晶生長工藝，根據生長基元、結晶界面特性，分析晶體生長習性與規律，設計出合理溫場，確定優良晶體生長工藝；研究合成工藝、生長工藝、缺陷結構和光學性能間關係，通過改進工藝減少缺陷，提高晶體性能。最終，獲得性能優異的、滿足雷射頻率轉換套用的GaSe晶體材料。
結題摘要
硒化鎵晶體是一種性能優良的紅外非線性光學晶體，能夠實現中紅外、遠紅外，甚至太赫茲波段的雷射頻率轉換。本論文採用單溫區法在980℃下合成GaSe多晶，採用垂直布里奇曼技術進行單晶生長，並對晶體進行了理論研究。 採用單溫區法合成出GaSe多晶料。對GaSe多晶合成進行的熱力學理論研究，其結果表明設計反應溫度下（980℃），GaSe多晶合成反應是自發的，反應的平衡常數Kθ=6.95×108，反應徹底。此外，由於硒的飽和蒸壓較大，對多晶合成的反應安瓿進行了設計，以防止多晶合成爆炸的發生。通過Ga-Se二元相圖分析，硒化鎵多晶合成時，原料的配比應採用化學計量比，但由於硒的易揮發，可能造成合成的多晶料缺硒，偏離化學計量比。因此本課題分別採用化學計量比和富硒進行多晶合成，並通過XRD、XRF等手段對比分析合成出多晶料的質量，確定較優的原料的配比為硒過量0.2wt%左右。 採用垂直布里奇曼技術成功生長出GaSe單晶。沿著垂直GaSe單晶(004)的方向進行了XRD、拉曼光譜等測試證實生長的晶體為GaSe單晶。利用分光光度計、紅外傅立葉變換光譜儀等測試出GaSe單晶的透過範圍為0.63-20µm，且平均透過率在50%以上。採用化學腐蝕法研究了GaSe單晶的缺陷，發現GaSe單晶中存在孿晶、包裹體、位錯等缺陷。 基於密度泛函理論的平面波贗勢方法，在局域密度近似下，對GaSe晶體的能帶結構、態密度等電子結構進行了研究，同時預測了GaSe晶體的反射、折射、消光、吸收等光學性質，結合能帶結構和態密度圖可知，GaSe晶體所有光學譜的峰值都是由處於價帶的Se-4s，4p軌道電子躍遷到導帶中的Se-4s，4p以及Ga-4s，4p軌道形成的。
