[发明专利]降低磷化锗锌晶体吸收系数的方法

说明书

技术领域

本发明属于磷化锗锌晶体改性领域；具体涉及降低磷化锗锌晶体吸收系数的方法。 

背景技术

磷化锗锌(ZnGeP₂，简称ZGP)晶体是一种性能极为优异的非线性光学材料，具有非线性系数高、透光波段宽、损伤阈值高、机械加工性能好等优点，是目前通过光参量振荡技术(OPO)实现3～5μm中红外激光输出的最好材料；可实现激光器全固态化、多波长调谐和大功率输出，具有功率高、体积小、重量轻、携带方便等优点，在激光频率转换领域具有重要的应用背景，可用于医疗器械、环境监测、深空探测、红外激光对抗、毒气甄别等民用和国防领域。 

由于生长态的ZGP单晶体内存在本征缺陷和热应力，使晶体在近红外区0.7～3μm处出现了较大的吸收，从而限制了它作为光参量振荡元件的应用，尤其在1.99～2.09μm处的吸收系数一般都在0.1cm^-1以上，而该波段为中远红外激光器的泵浦波长，大的吸收系数会降低泵浦波段的透过率，使ZGP-OPO激光器输出功率过小。 

发明内容

本发明要解决现有磷化锗锌晶体在1.99～2.09μm处的吸收系数还在0.10cm^-1以上而难于实现高功率激光输出的技术问题，而提供了降低磷化锗锌晶体吸收系数的方法。 

本发明中降低磷化锗锌晶体吸收系数的方法是按下述步骤进行的：步骤一、用混酸对磷化锗锌晶体刻蚀1～5min(目的是去除晶体表面的氧化物)，混酸是浓盐酸和浓硝酸按1∶(1～3)体积比混合而成的，然后用去一级去离子水冲洗干净，再吹干，然后放入石英管内，磷化锗锌晶体底面两端用石英支撑架垫起，再抽真空至真空度10^-4Pa以上进行封装；步骤二、然后以10～60℃/h速率升温至500～700℃，保温退火200～400h，再以10～60℃/h速率降温室温；步骤三、对经步骤二处理的磷化锗锌晶体进行辐照，其中辐照能量1～15MeV，辐照总剂量1.0×10¹⁴～1.0×10¹⁸cm^-2，辐照为γ射线辐照或电子辐照；即完成了降低磷化锗锌晶体吸收系数。 

本发明降低磷化锗锌晶体吸收系数的方法还可以是按下述步骤进行的：步骤一、用混酸对磷化锗锌晶体刻蚀1～5min(目的是去除晶体表面的氧化物)，混酸是浓盐酸和浓硝酸按1∶(1～3)体积比混合而成的，然后用一级去离子水冲洗干净，再吹干。然后连同退火气氛材料一起放入石英管内，磷化锗锌晶体两端用石英支撑架垫起，抽真空至真空度10^-4 Pa以上进行封装，其中退火气氛材料为纯度均在为99.999％以上的ZGP、ZnP₂、Zn或者P中的一种或者其中几种的混合；步骤二、然后以10～60℃/h速率升温至500～700℃，保温退火200～400h，再以10～60℃/h速率降温室温；步骤三、对经步骤二处理的磷化锗锌晶体进行辐照，其中辐照能量1～15MeV，辐照总剂量1.0×10¹⁴～1.0×10¹⁸cm^-2，辐照设备为γ射线高能电子辐照加速器；即完成了降低磷化锗锌晶体吸收系数。 

上述磷化锗锌晶体为整块磷锗锌晶锭(ZGP)或者磷化锗锌光参量振荡元件(ZGP-OPO)。 

经本发明上述退火方法处理后磷化锗锌晶体在1.99～2.09μm处的吸收系数降低至0.05cm^-1以下，经辐照方法处理后吸收系数进一步降低至0.02cm^-1以下。 

附图说明

图1是1#样品的退火前后吸收系数对比图，图中-表示退火前晶体的吸收系数，...表示退火后晶体的吸收系数；图2是水平单温区退火炉的结构示意图，图中1表示外壳，2表示电阻丝，3表示石英管、4表示保温材料，5表示热电偶，6表示石英杯，7表示支撑架，8表示磷化锗锌晶体，9表示内管；图3是两温区合成炉结构示意图，图中10表示纯Zn、11表示加热线圈、12表示红磷、13表示固定螺丝、14表示保护外套、15表示控温热电偶、16表示监测热电偶、17表示石英反应器、18表示保温层、19表示耐高温不锈钢管、20表示炉体外壳；图4是合成单斜ZnP₂的XRD谱图；图5是合成四方ZnP₂的XRD谱图。 

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。