CN103334156A - 一种光学晶体掺杂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学晶体掺杂方法，即为对光学晶体掺杂氢元素，所述氢元素包括氢分子、氢原子和氢离子；优选的，所述光学晶体为硼酸铯锂晶体。本发明提供的光学晶体掺杂方法，通过原料制备、晶体生长以及晶体后处理等过程的氢掺杂，使氢元素掺杂到光学晶体的结构内部，能够提高光学晶体（尤其是CLBO晶体）的倍频转换效率、实现光学晶体（尤其是CLBO晶体）的紫外截止波长的蓝移、提高光学晶体（尤其是CLBO晶体）的硬度和弹性模量；因此本发明的氢元素掺杂方法同时能够作为提高晶体倍频转换效率的方法、实现晶体紫外截止波长蓝移的方法和提高晶体硬度和弹性模量的方法。

Description

一种光学晶体掺杂方法
技术领域
本发明涉及晶体掺杂技术，尤其涉及非线性光学晶体的氢元素掺杂方法。
背景技术
CLBO晶体作为一种非线性光学晶体材料，主要应用于可见及近红外激光到紫外范围的频率转换，其具有优异的非线性光学性能，如：CLBO晶体的非线性光学系数大，离散角小，双折射适中，温度带宽和接收角范围很宽，抗激光损伤阈值高，目前，CLBO晶体已在1064nm激光器的四倍频、五倍频方面展示出优异的性能，在紫外、深紫外全固态激光器方面有着广阔的应用前景。另外，这一非线性光学晶体还有一个突出的优点就是比BBO和LBO晶体容易生长，很适合生长成大尺寸高质量的晶体。CLBO晶体的透光范围宽，紫外截止波长为180nm，从而在深紫外固态激光器中具有非常广阔的应用前景。
深紫外激光对于光刻技术、激光微加工、激光光谱仪等均具有重要的意义。通过提高倍频转换效率和减小紫外截止波长，使非线性光学晶体在深紫外全固态激光器以及大功率的激光器件中得到更加广泛的应用。
发明内容
发明目的：在现有技术的基础上，通过对光学晶体掺杂氢元素，尤其是对CLBO晶体掺杂氢元素，实现紫外截止波长的蓝移，以提高光学晶体的倍频转换效率，并提高光学晶体的硬度，进而提高光学晶体的抗激光损伤阈值。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种光学晶体掺杂方法，即为对光学晶体掺杂氢元素。
具体的，所述光学晶体包括线性光学晶体和非线性光学晶体；即可以对线性光学晶体掺杂氢元素，也可以对非线性光学晶体掺杂氢元素。
优选的，所述光学晶体为硼酸铯锂晶体。
具体的，所述氢元素包括氢分子、氢原子和氢离子；即掺杂至光学晶体内的氢元素的具体形式可以为氢分子、氢原子或氢离子中的一种或两种以上的混合。
具体的，该方法为光学晶体的原料制备过程、光学晶体的生长过程和/或光学晶体后处理过程中的氢气掺杂。
所述光学晶体后处理过程中的氢气掺杂具体为：首先将光学晶体沿设计方向进行切割、打磨、抛光处理，然后将处理好的光学晶体放置于掺氢设备中，对光学晶体进行一定时间的掺氢处理；所述掺氢处理的温度为0～500℃，氢气的压力范围为1～20MPa。
优选的，所述光学晶体为硼酸铯锂晶体，所述光学晶体后处理过程中的氢气掺杂具体为：首先将硼酸铯锂晶体沿设计方向进行切割、打磨、抛光处理，然后将处理好的硼酸铯锂晶体放置于掺氢设备中，对硼酸铯锂晶体进行40h以上时长的掺氢处理；所述掺氢处理的温度为300℃以上，氢气的压力范围为2MPa以上。
有益效果：本发明提供的光学晶体掺杂方法，通过原料制备、晶体生长以及晶体后处理等过程的氢气掺杂，使氢元素掺杂到光学晶体的结构内部，能够提高光学晶体（尤其是CLBO晶体）的倍频转换效率、实现光学晶体（尤其是CLBO晶体）的紫外截止波长的蓝移、提高光学晶体（尤其是CLBO晶体）的硬度和弹性模量；因此本发明的氢元素掺杂方法同时能够作为提高晶体倍频转换效率的方法、实现晶体紫外截止波长蓝移的方法和提高晶体硬度和弹性模量的方法。
附图说明
图1为晶体的透过光谱图；
图2为二倍频实验装置；
图3为压痕硬度HIT示意图；
图4为压痕模量EIT示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种光学晶体掺杂方法，即为对光学晶体掺杂氢元素。
具体的，所述光学晶体包括线性光学晶体和非线性光学晶体；即可以对线性光学晶体掺杂氢元素，也可以对非线性光学晶体掺杂氢元素。
优选的，所述光学晶体为硼酸铯锂晶体。
具体的，所述氢元素包括氢分子、氢原子和氢离子；即掺杂至光学晶体内的氢元素的具体形式可以为氢分子、氢原子或氢离子中的一种或两种以上的混合。
具体的，该方法为光学晶体的原料制备过程、光学晶体的生长过程和/或光学晶体后处理过程中的氢气掺杂。
所述光学晶体后处理过程中的氢气掺杂具体为：首先将光学晶体沿设计方向进行切割、打磨、抛光处理，然后将处理好的光学晶体放置于掺氢设备中，对光学晶体进行一定时间的掺氢处理；所述掺氢处理的温度为0～500℃，氢气的压力范围为1～20MPa。
优选的，所述光学晶体为硼酸铯锂晶体，所述光学晶体后处理过程中的氢气掺杂具体为：首先将硼酸铯锂晶体沿设计方向进行切割、打磨、抛光处理，然后将处理好的硼酸铯锂晶体放置于掺氢设备中，对硼酸铯锂晶体进行45h以上时长的掺氢处理；所述掺氢处理的温度为380℃以上，氢气的压力范围为2MPa以上。
下面结合实施例对本发明做出进一步的说明。
对硼酸铯锂晶体通光面抛光，在高温高压的条件下掺杂氢，其中处理温度为400℃，氢气压力为3MPa，处理时间为50小时。由于高温和高压的作用，氢气向CLBO晶体内部的扩散速率不断提升，使氢元素掺杂到CLBO晶体结构内部。CLBO晶体结构中存在着宽通道，掺杂氢后，氢元素位于晶体内部通道内。通过掺杂的氢元素对晶体的影响，显著提高了CLBO晶体的非线性光学性能。
掺杂氢与未掺杂氢的硼酸铯锂晶体的透过光谱如图1所示，掺杂后紫外边截止波长蓝移了约1nm。
如图2所示，进行倍频性能测试，测试条件：钛蓝宝石（870nm）激光器，掺杂氢后的硼酸铯锂晶体的倍频转换效率由未掺杂氢的5.6%升至14.7%。
如图3所示，掺杂氢后的硼酸铯锂晶体的压痕硬度HIT由未掺杂氢的11.5GPa升至12.6GPa。
如图4所示，压痕模量EIT由48.6GPa升至51.9GPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光学晶体掺杂方法，其特征在于：对光学晶体掺杂氢元素。
2.根据权利要求1所述的光学晶体掺杂方法，其特征在于：所述光学晶体包括线性光学晶体和非线性光学晶体。
3.根据权利要求1所述的光学晶体掺杂方法，其特征在于：所述光学晶体为硼酸铯锂晶体。
4.根据权利要求1所述的光学晶体掺杂方法，其特征在于：所述氢元素包括氢分子、氢原子和氢离子。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的光学晶体掺杂方法，其特征在于：该方法为光学晶体的原料制备过程、光学晶体的生长过程和/或光学晶体后处理过程中的氢气掺杂。
6.根据权利要求5所述的光学晶体掺杂方法，其特征在于：所述光学晶体后处理过程中的氢气掺杂具体为：首先将光学晶体沿设计方向进行切割、打磨、抛光处理，然后将处理好的光学晶体放置于掺氢设备中，对光学晶体进行一定时间的掺氢处理；所述掺氢处理的温度为0～500℃，氢气的压力范围为1～20MPa。
7.根据权利要求1所述的光学晶体掺杂方法，其特征在于：所述光学晶体为硼酸铯锂晶体，所述光学晶体后处理过程中的氢气掺杂具体为：首先将硼酸铯锂晶体沿设计方向进行切割、打磨、抛光处理，然后将处理好的硼酸铯锂晶体放置于掺氢设备中，对硼酸铯锂晶体进行40h以上时长的掺氢处理；所述掺氢处理的温度为300℃以上，氢气的压力范围为2MPa以上。
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