CN112647134B - 提升卤化亚汞单晶体结晶性和光学透过率的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提升卤化亚汞单晶体结晶性和光学透过率的处理方法，它包括将卤化亚汞单晶体置于多温区真空退火炉中，升温至150‑180℃进行退火处理90‑120h；退火处理后的卤化亚汞单晶体缓慢降至室温，退火后处理卤化亚汞晶体的X射线单晶摇摆曲线半峰宽明显减小，晶体结晶性得到很大提高，晶体缺陷得到一定程度的消除，并且通过退火后处理，遇光暗化卤化亚汞晶体的光学透过率得到恢复，晶体透过率明显提升。并且该方法对温度要求较低，具有简单方便、易操控的优点。采用该方法可获得结晶性、光学透过率高的卤化亚汞晶体，这对于卤化亚汞晶体声光器件的制备及应用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及提升卤化亚汞单晶体结晶性和光学透过率的处理方法，属于晶体缺陷消除及器件性能提升领域。
背景技术
声光器件是利用超声波实现光束的频率、方向和幅度控制的一类光学元器件。主要可分为声光调制器、声光偏转器、声光移频器以及声光可调滤波器。可用于光谱成像的声光可调滤波器在军事伪装目标侦察、激光遥感、航天探测以及环境监测等领域均具有广泛的应用，其具有衍射效率高、数据获取速度快、分光速度快及结构紧凑、易于集成化的优点。而大尺寸、高性能的声光晶体是制备高性能声光器件的关键。目前，在紫外-可见近红外波段，已有KDP、TeO2、PbMO4等性能良好的商业化声光晶体，但在中远红外波段仍旧缺乏高性能的声光晶体。卤化亚汞系列晶体具有透光范围宽、声光优值大、双折射大及易获得大尺寸晶体等优势，是一类有潜力的高性能长波红外声光晶体材料。
目前，国外的科研单位已针对卤化亚汞系列晶体开展了较多的研究，但仍有一些问题尚未得到解决。1)生长高质量卤化亚汞晶体存在很大的难度，晶体内仍旧存在包藏、裂纹、条纹及表面粗糙等缺陷，这大大降低了光学元器件的性能。文献“Design andfabrication of mercurous bromide acousto-optic tunable filters(Proc.SPIE.2205,5881,58810E)”报道了目前溴化亚汞单晶摇摆曲线半峰宽的最优值，但其仍高达0.78°。文献“Growth of high quality mercurous halide single crystals byphysical vapor transport method for AOM and radiation detection applications(Journal of Crystal Growth,2016,450,96-102)”报道了目前碘化亚汞自然形成及加工晶体的摇摆曲线半峰宽值分别为0.13°及0.24°。卤化亚汞系列晶体摇摆曲线半峰宽较大，表明晶体质量较低。2)卤化亚汞晶体存在遇光晶体暗化的现象，这将对其器件制备及应用产生不利影响。文献“Photosensitivity of mercurous chloride single crystals in280-400nm spectral region(Journal of Physics B,1987,37,1301-1310)”报道了氯化亚汞晶体在紫外光下变暗的现象，且光化学分解是造成晶体颜色暗化的原因。但目前并没有能够解决卤化亚汞暗化特性或恢复暗化晶体性能的措施。
发明内容
针对现有技术的不足，尤其是生长高质量卤化亚汞晶体难度大、晶体存在遇光晶体暗化的难点，本发明提供了一种提升卤化亚汞单晶体结晶性和光学透过率的处理方法。
为解决以上技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种提升卤化亚汞单晶体结晶性和光学透过率的处理方法，包括步骤如下：
(1)将卤化亚汞单晶体置于多温区真空退火炉中，升温至150-180℃进行退火处理90-120h；
(2)退火处理后，晶体缓慢降至室温，得到退火处理后的卤化亚汞晶体。
通过本发明处理方法得到的卤化亚汞晶体用于光学元器件，光学元器件的光学透过率也同样得到提升。
上述制备方法，优选的，步骤(1)中，卤化亚汞单晶体为正常卤化亚汞单晶体或暗化卤化亚汞单晶体，暗化卤化亚汞单晶体为卤化亚汞单晶体在功率为100mW，波长为365nm的氙灯下辐照15min的卤化亚汞单晶体。
上述制备方法，优选的，步骤(1)中，卤化亚汞单晶体为氯化亚汞晶体、溴化亚汞晶体或碘化亚汞晶体。
上述制备方法，优选的，步骤(1)中，将卤化亚汞单晶体置于预处理后的高纯石英坩埚内，然后将坩埚抽真空后烧结密封置于多温区真空退火炉中进行退火处理，高纯石英坩埚内的真空度<10-4Pa。
上述制备方法，优选的，所述多温区真空退火炉，最高工作温度可达500℃，保温性能良好；各温区可独立控制，控温精准；可通气氛；多温区退火炉为现有技术，市购产品。
上述制备方法，优选的，高纯石英坩埚为现有技术，市购产品。
上述制备方法，优选的，步骤(1)中，高纯石英坩埚直径为10-12mm，长度为8-10cm，高纯石英坩埚的预处理为：依次采用质量浓度20％的氢氧化钠溶液、蒸馏水及质量浓度95％的酒精对高纯石英坩埚进行清洗。
上述制备方法，优选的，步骤(1)中，升温至150-180℃的升温速率为小于等于10℃/h。
由于卤化亚汞晶体有较大的热膨胀各向异性，为防止晶体受热膨胀速度过快，本发明严格控制升温速率。
进一步优选的，步骤(1)中，升温至150-180℃的升温速率为6-8℃/h。
上述制备方法，优选的，步骤(1)中，退火温度为160℃，退火时间为100h。
退火后处理保温时间为100h，相对长时间的保温有利于卤化亚汞晶体退火充分，退火效果提升。
上述制备方法，优选的，步骤(2)中，退火处理后的卤化亚汞单晶体缓慢降至室温的降温速率为1-3℃/h。
进一步优选的，退火处理后的卤化亚汞单晶体缓慢降至室温的降温速率为2℃/h。
本发明的退火降温速率，可防止卤化亚汞单晶在降温过程中由于热应力过大导致晶体裂纹的产生。
本发明采用退火后处理的方法，通过控制退火温度、退火时间、升降温速率等工艺参数对卤化亚汞晶体及光学元器件的结晶性及光学透过率进行改善。与现有技术相比，本发明的优良效果如下：
1.本发明对卤化亚汞晶体在真空条件下进行退火后处理，卤化亚汞晶体的X射线单晶摇摆曲线半峰宽明显减小，晶体结晶性得到很大提高，晶体缺陷得到一定程度的消除，并且通过退火后处理，遇光暗化卤化亚汞晶体的光学透过率得到恢复，晶体透过率明显提升。退火后处理为实际应用中改善暗化晶体的性能提供了一种简单有效的措施。
2.本发明对卤化亚汞晶体在真空条件下进行退火后处理，操作简单便捷，对温度要求较低。
附图说明
图1是实施例1溴化亚汞退火处理过程中温度升降图，横坐标是时间(小时)，纵坐标是温度(℃)。
图2是实施例1溴化亚汞晶体退火处理前后的摇摆曲线对比图。
图3是实施例4溴化亚汞晶体、暗化溴化亚汞单晶体以及退火处理后暗化溴化亚汞单晶体的透过光谱对比图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明。
实施例中采用的SYJ-150低速金刚石切割机为现有市购设备。
实施例1.
提升溴化亚汞单晶体结晶性和光学透过率的处理方法，步骤如下：
(1)溴化亚汞晶体处理
采用SYJ-150低速金刚石切割机对Ф35×40mm3溴化亚汞晶体进行切割，得到5×5×2mm3的溴化亚汞晶片。采用粗糙度为7000目砂纸对切割所得晶片进行粗抛以去除切割划痕，后采用粒度为0.5μm的Al2O3抛光粉的乙醇悬浊液对晶片进行精细抛光，抛光结束后用乙醇将晶片表面冲洗干净。
(2)退火后处理
将双面抛光后的溴化亚汞晶片置于预处理后的高纯石英坩埚内，待石英坩埚内真空度降至10-4Pa以下后烧结密封石英坩埚并将其置于多温区真空退火炉内进行退火后处理，高纯石英坩埚直径为12mm，长度为10cm，高纯石英坩埚的预处理为：依次采用质量浓度20％的氢氧化钠溶液、蒸馏水及质量浓度95％的酒精对高纯石英坩埚进行清洗。
退火处理过程中温度控制曲线如图1所示，首先从室温以5℃/h的升温速率升至160℃，并在此状态下保温100h，最后以2℃/h的降温速率降至室温。
退火后处理结束后采用SYJ-150低速金刚石切割机切断石英坩埚将晶体取出，并进行高分辨X射线衍射测试。
溴化亚汞晶体退火前以及经退火处理后的高分辨X射线衍射图谱如图2所示，从图2可以看出，退火前溴化亚汞晶体的摇摆曲线峰形对称，无劈裂，半峰宽为0.95°，晶体质量相对较好。经过退火后处理，溴化亚汞晶体摇摆曲线半峰宽下降至0.44°，半峰宽减小，晶体结晶性得到提高。
实施例2.
同实施例1所述的处理方法，不同之处在于：
将溴化亚汞单晶体替换为氯化亚汞晶体。
实施例3.
同实施例1所述的处理方法，不同之处在于：
将溴化亚汞单晶体替换为碘化亚汞晶体。
实施例4.
同实施例1所述的处理方法，不同之处在于：
将溴化亚汞单晶体替换为暗化溴化亚汞单晶体。
暗化溴化亚汞单晶体为溴化亚汞晶体在功率为100mW，波长为365nm的氙灯下辐照15min得到的晶体。
溴化亚汞晶体、暗化溴化亚汞单晶体以及退火处理后暗化溴化亚汞单晶体的透过光谱如图3所示，通过图3可以看出，暗化溴化亚汞单晶体透过率明显下降，紫外截止边红移，红外截止边蓝移，透光范围变窄，退火处理后暗化溴化亚汞单晶体晶体颜色恢复，光学透过率提升至与光照前相当水平，光谱透过范围明显拓宽。
实施例5.
同实施例2所述的处理方法，不同之处在于：
将氯化亚汞晶体替换为暗化氯化亚汞晶体。
暗化氯化亚汞晶体为氯化亚汞晶体在功率为100mW，波长为365nm的氙灯下辐照15min得到的晶体。
实施例6.
同实施例3所述的处理方法，不同之处在于：
将碘化亚汞晶体替换为暗化碘化亚汞晶体。
暗化碘化亚汞晶体为碘化亚汞晶体在功率为100mW，波长为365nm的氙灯下辐照15min得到的晶体。
Claims (2)
1.提升溴化亚汞单晶体结晶性和光学透过率的处理方法，步骤如下：
（1）溴化亚汞晶体处理
采用SYJ-150低速金刚石切割机对Ф 35×40 mm3溴化亚汞晶体进行切割，得到5×5×2mm3的溴化亚汞晶片，
采用粗糙度为7000目砂纸对切割所得晶片进行粗抛以去除切割划痕，后采用粒度为0.5 μm的Al2O3抛光粉的乙醇悬浊液对晶片进行精细抛光，抛光结束后用乙醇将晶片表面冲洗干净；
（2）退火后处理
将双面抛光后的溴化亚汞晶片置于预处理后的高纯石英坩埚内，待石英坩埚内真空度降至10-4 Pa以下后烧结密封石英坩埚并将其置于多温区真空退火炉内进行退火后处理，高纯石英坩埚直径为12mm，长度为10cm，高纯石英坩埚的预处理为：依次采用质量浓度20%的氢氧化钠溶液、蒸馏水及质量浓度95%的酒精对高纯石英坩埚进行清洗，退火处理过程首先从室温以5℃/h的升温速率升至160℃，并在此状态下保温100h，最后以2℃/h的降温速率降至室温；经过退火后处理，溴化亚汞晶体摇摆曲线半峰宽下降至0.44°，半峰宽减小，晶体结晶性得到提高。
2.提升溴化亚汞单晶体结晶性和光学透过率的处理方法，步骤如下：
（1）暗化溴化亚汞单晶体处理
采用SYJ-150低速金刚石切割机对Ф 35×40 mm3暗化溴化亚汞单晶体进行切割，得到5×5×2 mm3的溴化亚汞晶片，采用粗糙度为7000目砂纸对切割所得晶片进行粗抛以去除切割划痕，后采用粒度为0.5 μm的Al2O3抛光粉的乙醇悬浊液对晶片进行精细抛光，抛光结束后用乙醇将晶片表面冲洗干净；暗化溴化亚汞单晶体为溴化亚汞晶体在功率为100 mW，波长为365 nm的氙灯下辐照15min得到的晶体；
（2）退火后处理
将双面抛光后的溴化亚汞晶片置于预处理后的高纯石英坩埚内，待石英坩埚内真空度降至10-4 Pa以下后烧结密封石英坩埚并将其置于多温区真空退火炉内进行退火后处理，高纯石英坩埚直径为12mm，长度为10cm，高纯石英坩埚的预处理为：依次采用质量浓度20%的氢氧化钠溶液、蒸馏水及质量浓度95%的酒精对高纯石英坩埚进行清洗，退火处理过程首先从室温以5℃/h的升温速率升至160℃，并在此状态下保温100h，最后以2℃/h的降温速率降至室温；退火处理后暗化溴化亚汞单晶体晶体颜色恢复，光学透过率提升至与光照前相当水平，光谱透过范围明显拓宽。
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