[发明专利]一种大尺寸X面KTP晶体及其生长方法

说明书

本发明涉及非线性晶体材料技术领域，具体涉及一种大尺寸X面KTP晶体及其生长方法，所述大尺寸X面KTP晶体采用如下生长方法制得，以X面作为籽晶生长面，将籽晶浸入熔液中下种籽晶并生长，晶体生长过程中不提拉籽晶，所述籽晶的X面、Y面和Z面相互垂直，且浸入熔液的X面与Z面相交的两条边为倒角边。本发明方法对籽晶形状和浸入熔剂的方向进行了创造性选择，从而缩小KTP晶体在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的生长速度差异，并最终获得具备良好的光学均匀性、大的尺寸和更高的利用率的KTP晶体。

技术领域

本发明涉及非线性晶体材料技术领域，具体涉及一种大尺寸X面KTP晶体及其生长方法。

背景技术

磷酸钛氧钾(KTiOPO₄，简称KTP)具有优异的非线性光学性能，其非线性光学系数大，可接受角宽、不易潮解、光损伤阈值可达GW/cm²量级、相位匹配的热稳定性好，是目前中小功率Nd：YAG激光器1.06μm倍频的最佳材料之一。实际上，人们发现KTP所具备的大电光系数和低介电常数使之可以用于电光应用，如调制器或Q开关等；KTP的电光波导品质因数几乎是其它任何无机材料的两倍，显示了其在集成光学方面的应用前景。

现阶段，KTP晶体生长多采用助溶剂法，该方法具备工艺成熟稳定、晶体光学均匀性好、成品率高、生长条件宽松等优点。但是，由于KTP晶体的生长习性，KTP晶体生长过程中Y轴、Z轴的生长速度明显大于X轴生长速度，决定了此法生长的KTP晶体X轴方向尺寸小，一般不使用X轴向种子生长晶体，使得X面的应用尺寸小，大尺寸器件的应用难以实现。

基于此，有必要提供一种大尺寸X面KTP晶体及其生长方法。

发明内容

针对现有助溶剂法生长KTP晶体X轴方向尺寸小的技术问题，本发明提供一种大尺寸X面KTP晶体及其生长方法，该方法对籽晶形状和浸入熔剂的方向进行了创造性选择，从而缩小KTP晶体在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的生长速度差异，并最终获得具备良好的光学均匀性、大的尺寸和更高的利用率的KTP晶体。

第一方面，本发明提供一种大尺寸X面KTP晶体生长方法，所述方法为以X面作为籽晶生长面，将籽晶浸入熔液中下种籽晶并生长，晶体生长过程中不提拉籽晶，所述籽晶的X面、Y面和Z面相互垂直，且浸入熔液的X面与Z面相交的两条边为倒角边。

进一步的，所述倒角边与竖直方向的夹角为30°～60°，优选为45°。

进一步的，所述方法包括如下步骤：

(1)从可获得的X轴向的KTP原晶胚料中切割籽晶，籽晶的X面、Y面和Z面相互垂直，对籽晶其中一个X面与Z面相交的两条边进行倒角处理；

(2)以经倒角处理的X面为籽晶生长面，将籽晶浸入熔液中进行下种籽晶并生长，晶体生长过程中不提拉籽晶。

进一步的，所述熔液中KTP与磷酸盐助熔剂K₆P₄O₁₃的质量比为0.4-0.5:1。

进一步的，所述熔液的制备方法为：根据KTP与K₆P₄O₁₃的质量比，计算出所需KH₂PO₄、TiO₂和K₂CO₃的质量，将KH₂PO₄、TiO₂和K₂CO₃充分均匀混合后置于铂金坩埚中，先升温至1000℃进行充分的熔化反应，反应时间为6～18h，然后升温至1100℃进行烧料，烧料时间为12～36h，再恒温搅拌12～36h，形成均匀稳定的熔体，最后对熔液进行冷却，冷却后熔液温度为T_S～(T_S+10)℃，其中T_S表示饱和温度。