[发明专利]KDP晶体一维往复运动生长方法

说明书

本项目涉及一种KDP晶体一维往复运动生长方法，具有两大优势。一是避免了传统转晶法、二维和三维运动方法存在的极易形成包裹物的三种流动区域：迎流滞止区、背流对流涡胞区和侧壁边界层下游区；二是充分利用KDP晶体的一维对称性，靠往复运动实现可逆剪切流，可逆剪切流具备极佳的生长高质量晶体的水动力学条件，是理论上预测的晶面形貌“恒稳”的方式。该方法有利于实现快速的高质量KDP晶体生长，为惯性约束激光核聚变(ICF)激光装置所需的大尺寸和高质量KDP晶体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KDP晶体一维往复运动生长方法，适用于KDP类晶体的快速高质量全方位生长。

背景技术

KDP(KH₂PO₄，磷酸二氢钾)晶体是一种水溶性晶体，具有优良的光学特性和较高的激光损伤阈值，易于实现相位匹配，且能够生长出大尺寸的晶体，是惯性约束激光核聚变(ICF)中倍频转换器和电光开关的首选材料。KDP晶体生长中常靠晶体旋转来减薄边界层厚度，以提高晶体生长速度，称为转晶法。转晶法存在一个致命弱点，即晶面存在容易形成包裹物的三种流动区域：迎流滞止区、背流对流涡胞区和侧壁边界层下游区。这些区域的存在易使晶面形貌失稳，从而影响生长晶体的质量。晶体作二维或三维运动生长方法依靠周期性的优势劣势互补，使晶体生长质量有所提高，但未能彻底解决上述问题，三种不利的流动区域依旧存在。而理论分析指出，可逆剪切流—剪切流交替正反向180度逆转—可使晶面形貌“恒稳”，是最有利于生长高质量晶体的水动力学条件。但可逆剪切流要求流体无惯性，实现180度逆转反向流动，这实际上是不可能的。Potapenko[Potapenko,SY.Formationofsolution inclusionsincrystalundereffectofsolutionflow.Journalofcrystalgrowth,1998,186(3):446-455]得出的可逆剪切流使临位面对任何扰动都稳定的结论一直未能付诸实际应用，的确是一种遗憾。

发明内容

针对上述KDP晶体生长方法的不足，本发明提供一种快速的高质量的KDP晶体生长方法。该方法使晶体生长过程中既能利用对流增强溶质输运，又能充分利用晶体一维对称特性，靠晶体一维往复运动，实现可逆剪切流，提高生长晶体的质量。

本发明的技术解决方案如下：

一种KDP晶体一维往复运动生长方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)配制生长溶液：根据溶解度公式，配制45-75℃的饱和溶液；

2)过滤、过热溶液：用微孔滤膜过滤溶液，得纯清溶液；将纯清液在饱和温度以上15-20℃恒温过热24小时以上，制得生长溶液；

3)固定籽晶：将切割好的籽晶粘贴于掣晶杆顶端，z向与掣晶杆垂直；

4)生长装置安装和密封：将盛有生长溶液的育晶器置于程序控温水浴中，维持水浴温度略高于饱和温度，将粘有籽晶的掣晶杆置于育晶器上方，上端连接于往复运动机构上，密封生长容器；

5)晶体生长：热平衡后缓慢下籽晶于生长溶液中，微溶后降温至饱和温度以下，启动控制器，开始晶体生长；晶体在水平面内作一维往复运动，往复运动的速度范围为0.02～0.2m/s，距离范围为0.05～0.5m。

与现有技术相比，本发明的一种KDP晶体一维往复运动生长方法，具有以下优点：

1)免除了转晶法及晶体二维和三维运动法不可避免的迎流、侧流和尾流三种易引起包裹物形成的流动区域。利用一维对称的两边锥面的缓冲引流和交替的往复运动，实现可逆剪切流，有望较大幅度提高晶体生长质量。

2)晶体能全方位快速生长。

附图说明

图1是本发明KDP晶体一维往复运动生长方法装置简图；