《中遠紅外非線性光學晶體硒化鎘的生長及套用性能研究》是依託哈爾濱工業大學，由宋梁成擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：中遠紅外非線性光學晶體硒化鎘的生長及套用性能研究
- 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：宋梁成
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
中遠紅外雷射在軍事和民用領域都有極其重要的套用。利用紅外非線性光學晶體作為頻率轉換介質材料，可實現雷射器全固態化、多波長可調諧和大功率輸出。硒化鎘（CdSe）晶體具有透光波段寬，吸收係數低和帶隙寬的優點，是實現8-10µm大氣紅外視窗波段雷射輸出的最佳增益介質材料，因此，該晶體研究得到廣泛重視。特別是我國相關領域研究急需該材料，而目前國內生長的晶體質量不能滿足套用要求。本課題主要開展CdSe多晶的三溫區合成工藝研究；CdSe單晶的籽晶導熱氣相沉積法生長工藝研究；以及缺陷結構與光學性能研究。揭示生長工藝、缺陷結構與光學性能的關係，建立完善的大尺寸高質量的CdSe晶體生長工藝。預期目標：晶體尺寸Φ50mm×80mm；器件尺寸10×10×50mm；在2-3µm、8-10µm波段吸收係數低至0.02cm-1，性能滿足雷射器實際套用需求。
結題摘要
硒化鎘（CdSe）晶體是實現8~10µm雷射輸出的最佳和最重要的選擇介質材料。本課題採用三溫區氣相法合成高純單相多晶；氣相沉積法生長出高品質單晶體尺寸Φ30×60mm，並對晶體性能進行研究，10mm晶片在2.5μm~12.5μm波段的透過率在72%以上。 採用三溫區氣相傳輸法合成高純單相多晶料。通過對由單質Cd與Se合成CdSe的反應熱力學研究發現，500℃反應平衡常數為1.033×1012，反應為自發過程且進行徹底。採用單質Cd與Se分區氣化，通過溫度控制氣化及傳輸速率，最佳化Cd與Se的氣化溫度分別為：750℃、400℃，二者在第三溫區接觸反應，生成的CdSe以固態形式沉積分離。該方法極大的降低了反應溫度，提高了反應的安全性。氣相反應法解決了傳統氣固法合成的CdSe以固態形式存在阻礙單質Cd與Se的進一步接觸反應的問題，CdSe以固態形式沉積易與氣態單質完全分離，產物純度高，可以達到6N。 採用籽晶氣相沉積法生長CdSe單晶體。多晶料氣化溫度約為1080~1130℃，單晶生長溫度約為1000~1050℃，底部籽晶法可以生長得到單晶體尺寸Φ30×60mm，頂部籽晶導熱法獲得晶體尺寸很小，但是晶體質量更高。10mm晶片在2.5μm~12.5μm波段的透過率，底部籽晶法約為65%，頂部籽晶法為72%以上。 對CdSe晶體的能帶結構、態密度等電子結構進行了研究。通過密度泛函理論的平面波贗勢法，對CdSe晶體的發射、折射、消光與光吸收等性質進行了預測，由能帶結構與態密度圖分析出CdSe晶體的主要光學性質成因。
