大尺寸KDP 晶体快速生长装备

2013-04-08  来源:

项目分类:加工仪器设备  立项年度:2009

负责人:徐科        完成年度:2012

完成单位:中中国科学院福建物质结构研究所

一、项目简要说明

磷酸二氢钾(KDP)晶体是大口径、高输出功率激光装置中目前尚无可替代的非线性光学材料。随着国家重要工程的进展,对KDP 晶体坯件尺寸、数量和质量的要求也逐步提高。常规方法很难满足国家需求,KDP 晶体的快速生长技术在国内处于起步阶段,现有的KDP 晶体生长装备与国际水平差距较大,国内到目前为止还没有大型快速生长设备研制的报道,迫切要求研制一套适合晶体快速生长的设备,以满足工程进展的要求。

本研制项目主要是在KDP 晶体常规生长设备的基础上对晶体快速生长设备进行了积极的创新,研制出适合快速生长条件的大尺寸晶体培养槽及其配套的控温和转动装备,使KDP 晶体的生长速度从1 ~ 2 mm/day 提高至10 ~ 15 mm/d,快速生长出各项指标均能达到工程要求的KDP 晶体器件。

根据相应的设计指标, 为适应更大尺寸晶体(560mm 以上) 生长, 增大生长槽的容量,同时调整载晶架及转动系统的设计方案,完成生长工艺流程实施和生长过程调控所需的硬件配套。在生长槽的设计上,选用尺寸为 1400 ×1600 mm 的金属缸为生长槽的内缸,其底部为球形底,矢高150 mm。槽与球形罩对接,其矢高为350 mm。整个容器由不锈钢制作,其主体为316L 型材质,球罩为304L 材质,其内衬喷涂德

国HALAR 膜,在高温(280 度以上)下烘烤成厚度0.2mm 的膜层,经高压电火花测试成膜质量。外槽也采用304L 不锈钢材质制作,整个生长槽采用水浴加热的方式。为提高快速生长成功率、减少杂晶和添晶、消除白纹等宏观缺陷,我们设计出独特金属载晶架,整个金属载晶架喷涂HALAR膜,用316L 钢制传动系统与转动系统连接。

该仪器的主要技术指标:

二、在科研工作中发挥的作用

项目组依托该自主研制成功的科研装备,成功开发出适合快速生长技术的晶体生长工艺,取得了系列成果:

1、攻克了大过冷度(> 5℃)下生长溶液的稳定性难题,在上述生长设备设计制造的基础上,完成了籽晶定向和整形、注种、溶液过热、溶液过冷、二级微孔过滤、生长温度控制等各道工序试验,提高了快速生长成功率,降低了杂晶、添晶、白纹等宏观缺陷出现的几率,总结出一套适合此装备的KDP 快速生长工艺,不仅填补了国内大尺寸晶体快速生长技术的空白,而且对我国独立发展强激光技术和晶体材料科学具有重要意义。

2、成功生长出多块口径540mm 以上尺寸的KDP 晶块,生长速度在10 ~ 20mm/day 之间,生长周期50 ~ 90 天,比传统生长(1-2mm)快一个数量级,切割出国内首片满口径430mm I 类KDP 坯片,实现了国内该规格尺寸KDP 坯片零的突破。

3、利用目前快速生长设备生长的KDP 晶体器件经过合适的热退火和激光预处理后,快速生长KDP 晶体的质量接近常规慢速生长的水平,基本能达到工程要求的各项指标,为国家重要工程快速批量提供各种规格的高质量KDP 坯片提供了可行性,为国家重要工程的顺利开张提供了坚实的核心关键材料支撑。

(福建物构所科技处供稿)

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