【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种大尺寸单斜相硫化镓晶体及其生长方法和应用，属于单晶生长。
技术介绍
1、3-5、8-12μm波段的中远红外激光处于大气窗口和“分子指纹区”，在通讯、遥感、激光雷达、光电对抗等领域具有重大应用价值，是激光领域的研究热点。光参量振荡器(opo)激光是获得中远红外激光的成熟技术，但现有优异综合性能的中远红外非线性光学晶体的匮乏，导致了opo激光系统核心部件—非线性光学器件难以满足应用需求，是中远红外opo激光发展应用的主要瓶颈。其中，3-5μm波段非线性光学晶体主要有zngep2，是该波段少数商业化的最佳晶体之一，但它不能使用成熟的1.06μm激光泵浦，在9μm附近存在双光子吸收等缺点，阻碍了zngep2的进一步应用；而8-12μm波段，目前还没有一种能够商业化的非线性光学晶体，离实用还有一定距离。因此，可实用于3-5、8-12μm波段的新型中远红外非线性光学晶体，及其制成的非线性光学器件是迫切需要的。
2、单斜相硫化镓晶体化学式为ga2s3，属于单斜晶系，空间群为cc，前期对粉末晶体的研究显示其是一种优良的红外非线性光学晶体。然而由于其相图复杂，块体晶体的生长十分困难。近年来陆续报道了采用助熔剂法、下降法、气相法等方法进行单斜相硫化镓晶体的生长，获得的晶体质量差，尺寸小，仅研究了晶体的部分光谱性能。申请人在先前的研究实现了单斜相硫化镓晶体的最大尺寸为25×15×8mm3，也报导了晶体透过率。但是，非线性光学器件要求在相位匹配方向上具有一定作用长度，因此若匹配方向恰好为厚度方向时，现有的晶体厚度尺寸较难以满足
技术实现思路
1、根据本申请的一个方面，提供了一种大尺寸单斜相硫化镓晶体，能实际用于非线性光学器件制造，从而更好满足红外激光应用需求。
2、本申请采用如下技术方案：
3、一种大尺寸单斜相硫化镓晶体，大尺寸单斜相硫化镓晶体至少一个维度的尺寸大于等于30mm。
4、可选地，所述大尺寸单斜相硫化镓晶体的透光范围0.4～14.3μm；
5、可选地，所述大尺寸单斜相硫化镓晶体的相位匹配波长范围为2.1～12.0μm。
6、可选地，所述大尺寸单斜相硫化镓晶体，化学式为ga2s3，属于单斜晶系，空间群为cc，具有化学稳定性好，不潮解等优点。
7、根据本申请的另一方面，提供了一种上述大尺寸单斜相硫化镓晶体的制备方法，突破了大尺寸高质量单斜相硫化镓晶体的生长难题，包括如下步骤：
8、将装有硫化镓原料的真空密闭容器在温度梯度区内进行动态调控加热，晶体生长后得到所述大尺寸单斜相硫化镓晶体；
9、所述温度梯度区包括高温区、低温区、晶体生长区；
10、所述硫化镓原料位于高温区，大尺寸单斜相硫化镓晶体生长在晶体生长区；
11、所述动态调控加热为：通过对高温区和低温区的温度独立地升温或降温对晶体生长区的温度梯度进行动态控制，以使其与晶体生长过程各阶段所需温度梯度匹配。
12、可选地，所述晶体生长区的温度梯度为2～30℃/cm。
13、可选地，所述动态控制为包括：
14、晶体生长初始过程阶段的温度梯度为10～30℃/cm；即自发成核(无籽晶)生长或籽晶生长，较大的梯度可避免多核生长。
15、晶体生长到至少一个维度的尺寸大于5mm时，温度梯度减小为2～20℃/cm；该阶段用以保障晶面放大和晶体质量。
16、晶体生长形成较大晶面并且至少一个维度的尺寸大于10mm时，温度梯度加大为5～30℃/cm。该阶段可加快生长速率获得大尺寸晶体。
17、晶体生长初始过程阶段的温度梯度选自10℃/cm、12℃/cm、14℃/cm、16℃/cm、18℃/cm、20℃/cm、22℃/cm、24℃/cm、26℃/cm、28℃/cm、30℃/cm中的任意值，或任意两者间的范围值。
18、晶体生长到至少一个维度的尺寸大于5mm时，温度梯度减小后的值选自2℃/cm、4℃/cm、6℃/cm、8℃/cm、10℃/cm、12℃/cm、14℃/cm、16℃/cm、18℃/cm、20℃/cm中的任意值，或任意两者间的范围值。
19、晶体生长形成较大晶面并且至少一个维度的尺寸大于10mm时，温度梯度加大后的值选自5℃/cm、8℃/cm、10℃/cm、12℃/cm、14℃/cm、16℃/cm、18℃/cm、20℃/cm、22℃/cm、24℃/cm、26℃/cm、28℃/cm、30℃/cm中的任意值，或任意两者间的范围值。
20、可选地，所述高温区的温度调节范围为600～1150℃；
21、可选地，所述低温区的温度调节范围为0～1050℃。
22、可选地，所述真空密闭容器中还装有硫化镓籽晶；
23、所述硫化镓籽晶位于晶体生长区。
24、可选地，所述高温区、低温区、晶体生长区独立地包括至少1段独立加热区。
25、可选地，所述温度梯度区包含的独立加热区数量选自2段、3段、4段、5段、6段中的一个。
26、可选地，所述温度梯度区由多段式晶体生长炉提供，每段即为一个独立地加热区。
27、可选地，多段式晶体生长炉由多段加热区水平联排或竖直叠放而成。
28、可选地，所述真空密闭容器为抽真空后低于10-2pa的石英管。
29、通过高温区、低温区分别进行程序控制升高或降低温度，实现晶体生长区温度梯度的动态调控，以匹配满足晶体在不同生长阶段的不同温度梯度要求，从而突破高质量大尺寸晶体的生长难题。晶体生长结束后，获得了尺寸大于等于30mm的高质量单斜相硫化镓晶体，能够实际用于晶体性能测试和非线性光学器件制备。
30、根据本申请的另一方面，还提供了一种上述的大尺寸单斜相硫化镓晶体、上述制备方法制备得到的大尺寸单斜相硫化镓晶体中的至少一种在非线性光学器件中的应用，所述非线性光学器件包含用于将至少1束入射光转换为目标波长出射光的非线性光学晶体；
31、所述非线性光学晶体，由所述大尺寸单斜相硫化镓晶体沿相位匹配方向加工制成。
32、可选地，所述相位匹配的角度范围为2～88°；
33、可选地，所述入射光的波长范围为0.4～14.3μm；
34、可选地，所述出射光的波长范围为2.1～12μm。
35、可选地，所述匹配方式为i类匹配或ii类匹配。
36、本申请中，当泵浦波长为1.06μm时，采用i类或ii类匹配方式，晶体相位匹配波长范围为2.1～12.0μm，匹配角度范围为2～88°。与现有中远红外非线性光学器件相比，由该晶体制成的非线性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大尺寸单斜相硫化镓晶体，其特征在于，大尺寸单斜相硫化镓晶体至少一个维度的尺寸大于等于30mm。
2.根据权利要求1所述的大尺寸单斜相硫化镓晶体，其特征在于，所述大尺寸单斜相硫化镓晶体的透光范围0.4～14.3μm；
3.权利要求1或2所述大尺寸单斜相硫化镓晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述晶体生长区的温度梯度为2～30℃/cm；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高温区的温度调节范围为600～1150℃；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述真空密闭容器中还装有硫化镓籽晶；
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高温区、低温区独立地包括至少1段独立加热区；
8.权利要求1或2所述的大尺寸单斜相硫化镓晶体、根据权利要求3至7任一项所述制备方法制备得到的大尺寸单斜相硫化镓晶体中的至少一种在非线性光学器件中的应用，其特征在于，所述非线性光学器件包含用于将至少1束入射光转换为目标波长出射光的非线性
9.权利要求8所述的应用，其特征在于，所述相位匹配的角度范围为2～88°；
10.权利要求8所述的应用，其特征在于，所述沿相位匹配方向加工的过程包括：将单斜相硫化镓晶体确定出准确的晶体学方向，然后按照入射光波长和所需的出射光波长，根据晶体色散方程和采用的匹配方式确定出相应的相位匹配角度，沿相位匹配角度对单斜相硫化镓晶体进行切割加工出目标尺寸器件，并将通光端面进行抛光；
...【技术特征摘要】
1.一种大尺寸单斜相硫化镓晶体，其特征在于，大尺寸单斜相硫化镓晶体至少一个维度的尺寸大于等于30mm。
2.根据权利要求1所述的大尺寸单斜相硫化镓晶体，其特征在于，所述大尺寸单斜相硫化镓晶体的透光范围0.4～14.3μm；
3.权利要求1或2所述大尺寸单斜相硫化镓晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述晶体生长区的温度梯度为2～30℃/cm；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高温区的温度调节范围为600～1150℃；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述真空密闭容器中还装有硫化镓籽晶；
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱昭捷，李丙轩，涂朝阳，张戈，郭国聪，刘彬文，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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