一种梯度掺氘DKDP晶体生长装置及DKDP晶体生长方法

技术领域

本发明涉及一种梯度掺氘DKDP晶体生长装置及DKDP晶体生长方法，属于水溶液晶体生长技术领域。

背景技术

目前磷酸二氢钾(化学式KH

在ICF中，高亮度、高相干性的激光会显著影响激光与靶丸的相互作用，诱发激光与等离子体相互作用不稳定性产生。因而需要激光有更宽的谱宽，实现更低的时间相干性。例如使用超辐射光这样一种宽带低时间相干光作为ICF驱动种子源时，可有效抑制激光与等离子体相互作用中参量不稳定性。超辐射光倍频可以利用15％D的Ⅰ类DKDP晶体通过折返点匹配实现高效倍频。但三倍频过程需要一个折射率梯度变化即氘含量梯度变化的DKDP晶体才可以实现高效频率转换。经过理论模拟，一块80mm厚10％梯度掺氘的Ⅱ类相位匹配DKDP晶体和频后，三倍频带宽可以达到2.2nm，转换效率接近80％，但现在还没有氘含量梯度变化10％的Ⅱ类相位匹配DKDP晶体的报道。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供一种梯度掺氘DKDP晶体生长装置及DKDP晶体生长方法，能够生长出氘含量梯度变化10％的Ⅱ类相位匹配DKDP晶体，实现沿Ⅱ类方向的氘含量梯度变化。

本发明是通过以下方案实现的：

一种梯度掺氘DKDP晶体生长装置，其特征在于：包括恒温供液装置、蠕动泵和晶体生长装置，恒温供液装置、蠕动泵和晶体生长装置通过管道连通，所述恒温供液装置包括用于储存液体的储液槽和用于调节储液槽内液体温度的控温装置Ⅰ；所述晶体生长装置包括外壳，外壳内部设置有恒温水槽，恒温水槽的底部设置有控温装置Ⅱ，外壳的顶部设置有生长槽架，生长槽架上方竖直设置有电机，电机下方驱动连接有竖直的旋转轴，旋转轴底部向下延伸入外壳内，旋转轴的底端设置有晶架，在恒温水槽中设置有生长槽，生长槽的顶端卡设在生长槽架上，晶架位于生长槽内，蠕动泵的管道与生长槽相通，恒温水槽与生长槽之间设置有加热棒、温度计及循环水泵。

根据本发明优选的，所述的晶架包括下底板，在下底板上设置有籽晶槽，籽晶槽上设有限制晶体生长的圆柱形玻璃管，圆柱形玻璃管两端中空，底端与下底板固定，下底板边缘上方竖直设置有侧杆，侧杆顶部连接有位于圆柱形玻璃管上方的上底板，玻璃管的顶部不与上底板接触，上底板、下底板相对设置，旋转轴的底端连接在上底板上。

根据本发明优选的，籽晶槽内设置有籽晶，籽晶大小为直径8-15mm，高4-10mm的圆柱形KDP晶体，籽晶方向为KDP的Ⅱ类相位匹配方向，或为KDP晶体的z向、a/b向、Ⅰ类相位匹配方向或[110]晶向的Ba(NO

根据本发明优选的，玻璃管的内径大于籽晶槽的直径，玻璃管的内径范围为15-50mm,高度范围为80-110mm，玻璃管顶部与上底板底部之间的距离为20-40mm。

根据本发明优选的，加热棒、温度计、循环水泵固定在生长槽架上，电机通过支撑杆固定在生长槽架上方。

根据本发明优选的，所述恒温供液装置包括壳体，所述储液槽顶部开口并设置在壳体内，所述壳体顶部中心设置有圆孔，所述圆孔内嵌入有下部封堵住储液槽顶部开口的硅胶塞，所述进液软管穿过硅胶塞并伸入储液槽内。

根据本发明优选的，所述控温装置Ⅰ和控温装置Ⅱ均包括控制器、电加热棒和温度传感器。

控温装置Ⅰ和控温装置Ⅱ均为现有技术。

一种利用上述所述梯度掺氘DKDP晶体生长装置进行生长DKDP晶体的方法，包括步骤如下：

在籽晶槽内放置KDP籽晶，然后通过蠕动泵持续将恒温供液装置储液槽内的调节温度后的液体输送入晶体生长装置的生长槽内，使流入的液体温度高于生长槽内生长溶液温度，并在晶体生长过程调整液体的输入量，从而将晶体限制在玻璃管内沿Ⅱ类相位匹配方向定向生长，最终使一块单晶内的氘含量呈梯度分布。

根据本发明优选的，所述生长槽内的液体先在饱和温度以上15-20℃过热，降温拔帽后，籽晶开始恢复，直到晶体完全长满玻璃管底部后，晶体生长进入匀速等截面生长阶段，开启蠕动泵，通过计算调节蠕动泵流速和过饱和度及降温速率，从而生长梯度掺氘DKDP晶体。

根据本发明优选的，恒温供液装置内的液体为水、重水或ADP溶液。

本发明的有益效果是：

本发明的梯度掺氘DKDP晶体生长装置，在晶体生长时，通过蠕动泵连续不断加入水或重水，当晶体在圆柱形玻璃管内定向生长时，生长溶液的氘含量是均匀变化的，这样在晶体内就形成了一定氘浓度梯度，圆柱形玻璃管起到了限制晶体生长方向的作用，使氘含量沿晶体生长方向变化，并且圆柱形玻璃管截面一致，可以准确计算晶体生长量，从而控制蠕动泵传输速率，使氘含量变化均匀，最终生长出的晶体为圆柱体形状。从中可以切出20mm*20mm*80mm的沿Ⅱ类相位匹配方向氘含量梯度变化的DKDP晶体。生长槽内是其他溶液时，也可以生长其为基体掺杂储液罐内液体的梯度晶体，梯度变化方向也可由籽晶和玻璃管方向决定。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图2是本发明恒温供液装置结构示意图；

图3是本发明蠕动泵结构示意图；

图4是本发明晶体生长装置结构示意图；

图5是本发明支撑架结构示意图；

图中：100-恒温供液装置；110-控温装置Ⅰ；120-储液槽；200-蠕动泵；220-管道；300-晶体生长装置；310-生长槽架；320-控温装置Ⅱ；321-加热棒；322-温度计；323-循环水泵；330-电机；340-恒温水槽；400-晶架；410-下底板；420-上底板；430-侧杆；440-旋转轴；450-玻璃管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

一种梯度掺氘DKDP晶体生长装置，结构如图1-5所示，包括恒温供液装置100、蠕动泵200和晶体生长装置300，恒温供液装置100、蠕动泵200和晶体生长装置300通过管道220连通，所述恒温供液装置100包括用于储存液体的储液槽120和用于调节储液槽内液体温度的控温装置Ⅰ110；所述晶体生长装置300包括外壳，外壳内部设置有恒温水槽340，恒温水槽340的底部设置有控温装置Ⅱ320，外壳的顶部设置有生长槽架310，生长槽架310上方竖直设置有电机330，电机330下方驱动连接有竖直的旋转轴440，旋转轴440底部向下延伸入外壳内，旋转轴的底端设置有晶架400，在恒温水槽340中设置有生长槽，生长槽的顶端卡设在生长槽架310上，晶架400位于生长槽内，蠕动泵200的管道220与生长槽相通，恒温水槽与生长槽之间设置有加热棒321、温度计322及循环水泵323。

晶架400包括下底板410，在下底板410上设置有籽晶槽，籽晶槽上设有限制晶体生长的圆柱形玻璃管450，圆柱形玻璃管450两端中空，底端与下底板410固定，下底板410边缘上方竖直设置有侧杆430，侧杆430顶部连接有位于圆柱形玻璃管上方的上底板420，圆柱形玻璃管450的顶部不与上底板420接触，上底板420、下底板410相对设置，旋转轴440的底端连接在上底板上。籽晶槽内设置有籽晶，籽晶大小为直径8-15mm，高4-10mm的圆柱形KDP晶体，籽晶方向为KDP的Ⅱ类相位匹配方向，或为KDP晶体的z向、a/b向、Ⅰ类相位匹配方向或Ba(NO

圆柱形玻璃管450的内径大于籽晶槽的直径，玻璃管的内径范围为20mm,高度范围为100mm，玻璃管顶部与上底板底部之间的距离为30mm。

加热棒321、温度计322及循环水泵323固定在生长槽架310上，电机330通过支撑杆固定在生长槽架310上方。

所述恒温供液装置包括壳体，所述储液槽顶部开口并设置在壳体内，所述壳体顶部中心设置有圆孔，所述圆孔内嵌入有下部封堵住储液槽顶部开口的硅胶塞，所述进液软管穿过硅胶塞并伸入储液槽内。

控温装置Ⅰ和控温装置Ⅱ均包括控制器、电加热棒和温度传感器。

实施例2

利用实施例1的梯度掺氘DKDP晶体生长装置进行生长DKDP晶体的方法，步骤如下：

首先，在籽晶槽内放置KDP籽晶，然后通过蠕动泵持续将恒温供液装置储液槽内的调节温度后的水输送入晶体生长装置的生长槽内，使流入的水温高于生长槽内DKDP生长溶液温度，并在晶体生长过程调整水的输入量，从而将晶体限制在玻璃管内沿Ⅱ类相位匹配方向定向生长，最终使一块单晶内的氘含量呈梯度分布。

生长槽内的液体先在饱和温度以上15摄氏度过热，降温拔帽后，籽晶开始恢复，直到晶体完全长满玻璃管底部后，晶体生长进入匀速等截面生长阶段，开启蠕动泵，通过计算调节蠕动泵流速和过饱和度及降温速率，从而生长梯度掺氘DKDP晶体。

当晶体生长时，软管将储液罐中的液体通过蠕动泵经过生长槽顶部的橡胶塞进入生长溶液中，软管与橡胶塞连接处密封，防止液体蒸发或被环境污染。晶体生长时电机带动支撑架转动，使通过软管进入的液体与生长溶液混合均匀。Ⅱ类相位匹配方向籽晶恢复以后，刚开始生长会铺满玻璃管底部，此时运行蠕动泵装置，从而在晶体匀速定向生长时改变氘含量。玻璃管限制晶体沿Ⅱ类相位匹配方向，即沿玻璃管方向定向生长，调节过饱和度为4.8摄氏度时，晶体生长速度为4mm/天。

实施例3

同实施例1所述的梯度掺氘DKDP晶体生长装置，不同之处在于：

圆柱形玻璃管450的内径大于籽晶槽的直径，玻璃管的内径为80mm,高度为130mm，玻璃管顶部与上底板底部之间的距离为40mm。

实施例4

同实施例2所述的生长方法，不同之处在于：

首先，在籽晶槽内放置KDP籽晶，然后通过蠕动泵持续将恒温供液装置储液槽内调节温度后的ADP溶液输送入晶体生长装置的生长槽内，使流入的ADP溶液温度高于生长槽内KDP生长溶液温度，并在晶体生长过程调整ADP溶液的输入量，从而将晶体限制在玻璃管内沿Ⅱ类相位匹配方向定向生长，最终使一块ADP/KDP混晶内的ADP晶体含量呈梯度分布。

实施例5

同实施例2所述的生长方法，不同之处在于：

首先，在籽晶槽内放置KDP籽晶，然后通过蠕动泵持续将恒温供液装置储液槽内的调节温度后的水输送入晶体生长装置的生长槽内，使流入的水温高于生长槽内DKDP生长溶液温度，并在晶体生长过程调整水的输入量，从而将晶体限制在玻璃管内沿KDP晶体[100]方向或[101]方向定向生长，最终使一块单晶内的氘含量呈梯度分布，且在生长横截面内氘含量一致。

以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。