[发明专利]DKDP晶体长籽晶二维运动生长方法

说明书

一种基于二维运动的DKDP晶体长籽晶生长方法，具有两大优势，一是沿柱面生长晶体，不存在低光学质量的柱锥交界面；二是免除了转晶法晶体生长中不可避免的迎流、侧流和尾流三种易引起包裹物形成的流动区域。长籽晶在新鲜溶液中周期运动，运动一周四个柱面能实现可逆剪切流，且柱面上任一点在一个运动周期内经历完全一样的流体力学条件，使溶质供应既充分又均匀，生长速度得以提高，形貌稳定性能得到保证。该方法有利于快速生长高质量的DKDP晶体，为ICF激光装置所需的大尺寸、高质量DKDP晶体生长提供较好的解决方案。

技术领域

本发明属于人工晶体生长领域，具体涉及DKDP晶体的生长方法，旨在通过二维运动的方式快速生长出高质量的DKDP晶体。

背景技术

由于可以有效抑制横向受激拉曼散射，所以大口径DKDP晶体是惯性约束核聚变(ICF)装置中唯一可用的混频元件。DKDP晶体的生长一直以来主要采用传统慢速生长法和点籽晶全方位快速生长法。传统慢速生长法采用片状籽晶在低过饱和度的生长溶液中沿着[001]方向生长，[100]方向不生长，最终得到的晶体全部是锥面生长出来的锥区，但是生长速度慢，生长周期较长。点籽晶全方位快速生长法采用点籽晶在高过饱和度的生长溶液中沿着[100]和[001]方向生长，最终得到的晶体包含柱面生长出来的柱区和锥面生长出来的锥区，所以晶体内部柱区和锥区的交界处形成了柱锥交界面，这部分的晶体质量较差，是制约晶体整体质量的短板。而长籽晶生长法，在保持了快速生长法较高生长速度的前提下，通过提高籽晶的高度、在长籽晶对应的柱面区域进行三倍频元件的切割，彻底消除了点籽晶快速生长固有的锥柱交界面问题，是DKDP晶体生长领域的新方法。具体参见本课题组发表的论文D.Chen,B.Wang,H.Wang,X.Zhu,Z.Xu,Y.Zhao,S.Wang,K.Ni,L.Zheng,H.Zhang,H.Qiand J.Shao,Rapid growth of a long-seed KDP crystal[J].High Power Laser Sci.,2020,8.

然而长久以来，DKDP晶体生长都是通过转晶法，即晶体围绕一个旋转中心在载晶架或者晶体托盘上进行生长。由于DKDP晶体是规则的四棱柱加四棱锥形状，在旋转生长的过程中，不可避免的存在迎流、侧流和尾流三种易引起包裹物形成的流动区域，同时，晶体的棱边和晶面中心的线速度不同，导致晶体在旋转过程中，表面不同位置的剪切应力和边界层厚度不同。这种晶体表面流体力学不均匀将会导致晶体生长微观溶质输运过程的不均匀，不利于生长出高光学均匀性的DKDP晶体。特别是晶体尺寸比较大的时候，晶体表面溶质传输的不均匀会引起白纹、添晶和点裂等宏观缺陷，甚至导致晶体生长的失败。因此，需要创新性的提出新的DKDP晶体生长方法，解决转晶法中流体力学不均匀的缺陷。

发明内容

为克服现有长籽晶DKDP晶体生长存在的上述问题，本发明提供一种基于二维运动的DKDP晶体长籽晶生长方法。该方法有利于快速生长高质量的DKDP晶体，为ICF激光装置所需的大尺寸、高质量DKDP晶体生长提供较好的解决方案。

本发明的技术解决方案如下：

一种DKDP晶体长籽晶二维运动生长方法，其特点在于，在生长槽上部安装二维运动电机，该二维运动电机的下端与载晶架连杆相连；长籽晶DKDP晶体在生长过程中，二维运动电机带动载晶架在生长槽内的生长溶液中按照正方形的运动轨迹在水平面上作周期平动，直至晶体生长结束。

所述的载晶架按照正方形的运动轨迹在水平面上作周期平动的正方形运动的单边采用“速度从0以加速度a进行匀加速直线运动-速度达到V后维持匀速直线运动-以加速度a进行匀减速直线运动直至速度降为0”的运动模式。其中，正方形运动的单边长度范围为50～500mm，匀加速直线运动的加速度a范围为0.01～1m/s²，匀减速直线运动的速度V范围为0.01～1m/s，所述的生长槽横截面为正方形。

本发明的技术效果如下：