CN113604866A - 一种通过锌离子掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法 - Google Patents

一种通过锌离子掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法 Download PDF

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张力元
杨厚文
程文雍
刘慧�
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    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides

Abstract

本发明涉及一种通过锌离子掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，利用Zn2+来调控KDP晶体的激光损伤性能。通过控制生长原料中含Zn2+化合物的加入量，可生长出不同Zn2+含量的KDP晶体。少量Zn2+存在的情况下可提高KDP晶体抗532nm激光体损伤的能力，为提高KDP晶体损伤性能提供新的途径。本发明制备工艺简单、晶体生长周期短、生产过程无特殊环境要求，并且与未掺杂的晶体相比，制得的掺Zn2+晶体的532nm激光损伤阈值得到提高，这将在KDP晶体的实际应用中提供依据。

Description

一种通过锌离子掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法
技术领域
本发明属于KDP晶体制备工艺和光学性能领域，具体涉及一种通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法。
背景技术
磷酸二氢钾(KDP)具有优良的电光和非线性光学特性，是大口径、高功率激光系统的首选光学材料。与传统法(～2mm/d)生长KDP单晶相比，“点籽晶”快速生长技术中晶体的生长速率可达到50mm/d，这大大提高了晶体的制备效率。
解决了KDP晶体的生长速率问题后，相关研究人员重点关注晶体的光学性能，尤其是激光损伤性质，这直接关系到高功率激光工程工作的稳定性和安全性。针对于提高KDP晶体抗激光损伤性能，研究人员从晶体加工、晶体后处理等方面开展深入研究。例如，专利文件CN105252375A提供了一种离子束弹性域刻蚀来提升KDP晶体激光损伤阈值的方法，其通过离子束刻蚀来清除晶体因加工导致表面残存的抛光粉等，从而提高KDP晶体抗激光损伤能力。这是从晶体加工抛光的角度来试图提升KDP晶体损伤性能。另外，专利文件CN112730262A提供了一种提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置及方法，其提到能够对飞秒激光器用KDP类晶体倍频元件进行大面积激光预处理，因此可提升晶体的损伤性能。然而，以上现有技术都未涉及KDP晶体生长相关的激光损伤性能。
目前，未发现通过主动掺杂来提升KDP晶体532nm激光损伤阈值的相关报道。为此，提出本发明。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法。
本发明的技术方案如下：
一种通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，在KDP晶体中掺杂Zn2 +，Zn2+的掺杂量控制为Zn/K摩尔比在0.0005～0.002。
根据本发明，优选的，通过在KDP晶体生长过程中实现Zn2+的掺杂。
根据本发明，优选的，KDP晶体生长采用“点籽晶”快速生长方法；进一步优选的，以磷酸二氢钾过饱和溶液为原料，添加Zn2+化合物实现Zn2+的掺杂。
根据本发明，优选的，所述的Zn2+化合物为Zn(H2PO4)2、Zn(H2PO4)2·2H2O、Zn(OH)2、Zn3(PO4)2、ZnO中的一种或者两种以上混合。
根据本发明，优选的，所述的过饱和溶液控制过饱和度为4％～6％。
根据本发明，优选的，晶体生长降温区间为60～30℃。
根据本发明，通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，一种优选的实施方案，包括步骤如下：
(1)生长溶液的制备：取磷酸二氢钾和去离子水，按比例称取含Zn2+化合物，将三者制备成晶体生长溶液；
(2)晶体生长：将籽晶固定在生长架上，以“正-停-反”的模式转动生长，晶体生长过饱和度控制为4％～6％。
根据本发明，优选的，步骤(2)中转动速率为70～80r/min。
根据本发明，对于生长得到的Zn2+掺杂的KDP晶体，在532nm波长下以R-on-1和1-on-1测试模式下测得零损伤概率的激光损伤阈值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明首次提出掺杂阳离子(Zn2+)来提高KDP晶体532nm激光损伤阈值，利用Zn2 +来调控KDP晶体的激光损伤性能。通过控制生长原料中含Zn2+化合物的加入量，可生长出不同Zn2+含量的KDP晶体。少量Zn2+存在的情况下可提高KDP晶体抗532nm激光体损伤的能力，为提高KDP晶体损伤性能提供新的途径。
2、本发明制备工艺简单、晶体生长周期短、生产过程无特殊环境要求，并且与未掺杂的晶体相比，制得的掺Zn2+晶体的532nm激光损伤阈值得到提高，与未掺杂Zn2+的KDP晶体相比，提高幅度可达10～50％以上，这将在KDP晶体的实际应用中提供依据。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步详细描述，但不限于此。
实施例1
一种通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，在KDP晶体中掺杂Zn2 +，Zn2+的掺杂量控制为Zn/K摩尔比在0.0005，包括步骤如下：
(1)生长溶液的制备：取393g磷酸二氢钾和785mL去离子水，按Zn/K摩尔比为0.0005称取Zn(H2PO4)2原料。将三者溶解在容积为1000mL的玻璃瓶中，并将溶液经220nm孔径的滤膜过滤。将过滤后的溶液在80℃(饱和点为60℃)保温24h制备成晶体生长溶液；
(2)晶体生长：取z向切割的晶体，按照8×8×3mm3的尺寸加工为生长籽晶，籽晶固定在材质为聚四氟乙烯生长架的生长平台上，生长架以“正-停-反”的模式转动，并且转速设定为77r/min。晶体生长温度区间设定为60～40℃，过饱和度控制为4％。
实施例2
一种通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，在KDP晶体中掺杂Zn2 +，Zn2+的掺杂量控制为Zn/K摩尔比在0.002，包括步骤如下：
(1)生长溶液的制备：取393g磷酸二氢钾和785mL去离子水，按Zn/K摩尔比为0.002称取Zn(H2PO4)2原料。将三者溶解在容积为1000mL的玻璃瓶中，并将溶液经220nm孔径的滤膜过滤。将过滤后的溶液在80℃(饱和点为60℃)保温24h制备成晶体生长溶液；
(2)晶体生长：同实施例1中步骤(2)。
对比例1
(1)生长溶液的制备：取393g磷酸二氢钾和785mL去离子水。将二者溶解在容积为1000mL的玻璃瓶中，并将溶液经220nm孔径的滤膜过滤。将过滤后的溶液在80℃(饱和点为60℃)保温24h制备成晶体生长溶液；
(2)晶体生长：同实施例1中步骤(2)。
对比例2
(1)生长溶液的制备：取393g磷酸二氢钾和785mL去离子水，按Zn/K摩尔比为0.008称取Zn(H2PO4)2原料。将三者溶解在容积为1000mL的玻璃瓶中，并将溶液经220nm孔径的滤膜过滤。将过滤后的溶液在80℃(饱和点为60℃)保温24h制备成晶体生长溶液；
(2)晶体生长：同实施例1中步骤(2)。
试验例1
样品制备：将实施例1“点籽晶”快速生长得到的体块晶体按照II类方向切割，取KDP晶体锥区部分，样品被命名为Zn500-Py；取KDP晶体柱区部分，样品被命名为Zn500-Pr。切割所得晶体尺寸设定为10×10×10mm3，并且都需进行两个通光面的精抛光。
样品表征：将样品进行激光损伤阈值的测试，其中测试模式分为R-on-1和1-on-1。所使用的激光器为调Q掺钕YAG激光器，测试时脉宽为8ns，激光波长为532nm，焦距为2m。
实验结果：在R-on-1和1-on-1模式下，测得Zn500-Py的损伤阈值分别为8.45J/cm2和5.26J/cm2，Zn500-Pr的损伤阈值分别为8.14J/cm2和4.55J/cm2。
试验例2
样品制备：将对比例1“点籽晶”快速生长得到的体块晶体按照II类方向切割，取KDP晶体锥区部分，样品被命名为Zn0-Py；取KDP晶体柱区部分，样品被命名为Zn0-Pr。切割所得晶体尺寸设定为10×10×10mm3，并且都需进行两个通光面的精抛光。
样品表征：将样品进行激光损伤阈值的测试，其中测试模式分为R-on-1和1-on-1。所使用的激光器为调Q掺钕YAG激光器，测试时脉宽为8ns，激光波长为532nm，焦距为2m。
实验结果：在R-on-1和1-on-1模式下，测得Zn0-Py的损伤阈值分别为8.14J/cm2和4.07J/cm2。在R-on-1和1-on-1模式下，Zn0-Pr的损伤阈值分别为6.94J/cm2和3.59J/cm2。
对比实施例1和对比例1样品的激光损伤阈值可知，相比对比例1未掺杂的样品，在R-on-1和1-on-1模式下，实施例1的Zn500-Py激光损伤阈值分别提升3.81％和29.24％。在R-on-1和1-on-1模式下，Zn500-Pr激光损伤阈值分别提升17.29％和26.74％。可见，本发明在KDP晶体中掺杂Zn2+，Zn2+的掺杂量控制为Zn/K摩尔比在0.0005～0.002，能够大幅提高激光损伤阈值。
试验例3
样品制备：将实施例2“点籽晶”快速生长得到的体块晶体按照II类方向切割，取KDP晶体锥区部分，样品被命名为Zn2000-Py；取KDP晶体柱区部分，样品被命名为Zn2000-Pr。切割所得晶体尺寸设定为10×10×10mm3，并且都需进行两个通光面的精抛光。
样品表征：将样品进行激光损伤阈值的测试，其中测试模式分为R-on-1和1-on-1。所使用的激光器为调Q掺钕YAG激光器，测试时脉宽为8ns，激光波长为532nm，焦距为2m。
实验结果：在R-on-1和1-on-1模式下，测得Zn2000-Py的损伤阈值分别为9.57J/cm2和5.74J/cm2。相比对比例1未掺杂的样品，实施例2的激光损伤阈值分别提升17.57％和41.03％。在R-on-1和1-on-1模式下，Zn2000-Pr的损伤阈值分别为8.22J/cm2和5.50J/cm2。相比对比例1未掺杂的样品，实施例2的激光损伤阈值分别提升18.44％和53.20％。可见，本发明在KDP晶体中掺杂Zn2+，Zn2+的掺杂量控制为Zn/K摩尔比在0.0005～0.002，能够大幅提高激光损伤阈值。
试验例4
样品制备：将对比例2“点籽晶”快速生长得到的体块晶体按照II类方向切割，取KDP晶体锥区部分，样品被命名为Zn8000-Py；取KDP晶体柱区部分，样品被命名为Zn8000-Pr。切割所得晶体尺寸设定为10×10×10mm3，并且都需进行两个通光面的精抛光。
样品表征：将样品进行激光损伤阈值的测试，其中测试模式分为R-on-1和1-on-1。所使用的激光器为调Q掺钕YAG激光器，测试时脉宽为8ns，激光波长为532nm，焦距为2m。
实验结果：在R-on-1模式下，测得Zn8000-Py的损伤阈值为7.82J/cm2。相比对比例1未掺杂的样品，激光损伤阈值下降3.93％。在R-on-1模式下，Zn8000-Pr的损伤阈值为6.86J/cm2。相比对比例1未掺杂的样品，激光损伤阈值下降1.15％。可见，本发明Zn2+掺杂比例过高，对于激光损伤阈值会有不利影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例，用于帮助阐述本发明。本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例，但凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，该方法是在KDP晶体中掺杂Zn2+，Zn2+的掺杂量控制为Zn/K摩尔比在0.0005～0.002。
2.根据权利要求1所述的通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，通过在KDP晶体生长过程中实现Zn2+的掺杂。
3.根据权利要求2所述的通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，KDP晶体生长采用“点籽晶”快速生长方法。
4.根据权利要求3所述的通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，以磷酸二氢钾过饱和溶液为原料，添加Zn2+化合物实现Zn2+的掺杂。
5.根据权利要求4所述的通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，所述的Zn2+化合物为Zn(H2PO4)2、Zn(H2PO4)2·2H2O、Zn(OH)2、Zn3(PO4)2、ZnO中的一种或者两种以上混合。
6.根据权利要求4所述的通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，所述的过饱和溶液控制过饱和度为4％～6％。
7.根据权利要求3所述的通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，KDP晶体生长温度为60～40℃。
8.根据权利要求4所述的通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)生长溶液的制备：取磷酸二氢钾和去离子水，按比例称取含Zn2+化合物，将三者制备成晶体生长溶液；
(2)晶体生长：将籽晶固定在生长架上，以“正-停-反”的模式转动生长，晶体生长过饱和度控制为4％～6％。
9.根据权利要求8所述的通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，步骤(2)中转动速率为70～80r/min。
10.根据权利要求1所述的通过Zn2+掺杂提高KDP晶体532nm激光损伤阈值的方法，其特征在于，532nm激光损伤阈值是在532nm激光波长下测得样品的零损伤概率损伤阈值。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108705692A (zh) * 2018-05-25 2018-10-26 哈尔滨工业大学 大口径kdp晶体元件表面激光损伤的微铣削修复工艺方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108705692A (zh) * 2018-05-25 2018-10-26 哈尔滨工业大学 大口径kdp晶体元件表面激光损伤的微铣削修复工艺方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HOUDA ETTOUMI ETAL.: "Thermal analysis, Raman spectroscopy and complex impedance analysis of Cu2+-doped KDP", 《IONICS SHORT COMMUNICATION》 *
秦梦飞等: "Investigation on the optical properties of Zn-doped KDP crystal", 《强激光材料与元器件学术研讨会暨激光破坏学术研讨会论文集 中国光学工程学会会议论文集》 *

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