專利名稱：低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低溫相偏硼酸鋇(β-BBO)單晶薄膜的制備方法，具體地說，是采用氣相傳輸平衡技術(shù)，在高溫相偏硼酸鋇(α-BBO)單晶襯底上制備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的方法，形成β-BBO/α-BBO單晶復(fù)合薄膜性材料，該材料具有十分廣泛的應(yīng)用前景。
背景技術(shù)：
偏硼酸鋇BaB2O4(以下簡稱BBO)存在高溫相(α相)和低溫相(β相)兩個相，其相變溫度為925℃。α-BBO晶體具有對稱中心，是一種性能優(yōu)良的紫外雙折射晶體，可用普通提拉法和坩堝下降法生長(參見Journal of Crystal Growth，第191卷，1998年，第517頁，以及專利ZL97106378.8，“高溫相偏硼酸鋇晶體的生長方法”)。
β-BBO晶體無對稱中心，是一種性能優(yōu)良的非線性光學(xué)材料，它具有高的倍頻系數(shù)、寬的匹配范圍和高抗光損傷閾值，因此它被廣泛應(yīng)用在光學(xué)倍頻、光學(xué)混頻、光參量放大和光參量振蕩等激光技術(shù)領(lǐng)域。β-BBO晶體已經(jīng)成為了現(xiàn)代非線性光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的核心材料之一，具有較大的應(yīng)用市場。目前，β-BBO晶體的生長方法主要有中科院福建物構(gòu)所江愛棟等人發(fā)明的熔鹽籽晶法(參見專利CN1045282A，“熔鹽籽晶法生長低溫相偏硼酸鋇單晶”，以及專利CN1032072C，“改進(jìn)的熔鹽籽晶法生長低溫相偏硼酸鋇單晶”)，以及中科院上海硅酸鹽研究所仲維卓等人發(fā)明的恒液面助熔劑提拉法(參見專利CN1057868A，“偏硼酸鋇(β-BBO)單晶的恒液面提拉法生長”，以及專利CN1118023A，“溶劑恒液面提拉法生長偏硼酸鋇的方法”)。
在先技術(shù)生長β-BBO單晶均屬于助熔劑法(又稱熔鹽法)，其缺點(diǎn)是(1)生長速度慢、生長周期長，一塊單晶生長周期長達(dá)1～3月；(2)采用這些技術(shù)可以獲得較大的體單晶，但是隨著激光技術(shù)向集成化、小型化方向發(fā)展，特別是飛秒激光技術(shù)領(lǐng)域中，為了克服因晶體厚度帶來的基頻光與倍頻光之間的群速度失配問題，常常需要較薄的β-BBO晶體作為倍頻器件(參見光學(xué)學(xué)報，第15卷，1995年，第641頁)，而β-BBO晶體較軟、機(jī)械強(qiáng)度較低，在加工過程中尤其是在加工成較薄的零件過程中存在易破裂、變形等問題(參見光學(xué)技術(shù)，1998年，第4期，第39頁)，如將采用在先技術(shù)生長的β-BBO晶體再加工成微米量級甚至更薄的晶片就顯得非常困難，而且也會造成材料的極大浪費(fèi)，同時生長效率低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足迅速發(fā)展的激光技術(shù)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服采用上述在先技術(shù)生長的大塊β-BBO晶體難以加工成微米量級晶片的不足，提供一種β-BBO/α-BBO單晶薄膜的制備方法，此薄膜可以用于非線性光學(xué)領(lǐng)域，滿足日益發(fā)展的激光技術(shù)及集成光學(xué)的需要。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下本發(fā)明低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的制備方法是利用氣相傳輸平衡(Vapor Transport Equilibration，簡稱VTE)技術(shù)，在高溫、富鋰的氣氛中，通過鋰離子的擴(kuò)散使晶片表層發(fā)生固相反應(yīng)，從而生成低溫相偏硼酸鋇薄膜。
一種低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的制備方法，其特征在于包括如下具體步驟①在鉑金坩堝內(nèi)，放置帶有氣孔的Li2CO3和Al2O3混合料塊；
②將雙面拋光的α-BBO單晶片置于或懸于鉑金絲上，加上覆蓋有Li2CO3和Al2O3混合粉料和熱電偶的坩堝蓋，坩堝頂部加鉑金蓋密閉，置于電阻爐中；③該電阻爐以20-100℃/小時升溫速率加熱至700～1000℃，恒溫2～100小時，再以20-100℃/小時降溫速率降至室溫，在此過程中Li2CO3分解出的Li2O擴(kuò)散到α-BBO晶片中，和α-BBO晶片發(fā)生固相反應(yīng)，從而α-BBO晶片表層發(fā)生相變，生成β-BBO單晶薄膜。
所述的Li2CO3和Al2O3混合粉料中，Li2CO3重量百分比的選取范圍是5～100wt％。
所述的電阻爐為硅碳棒爐，或硅鉬棒爐。
本發(fā)明與在先技術(shù)生長β-BBO體單晶相比，采用提拉法或坩堝下降法生長的高質(zhì)量α-BBO作為襯底，在α-BBO襯底上生長出符合需要的微米量級單晶薄膜，克服了采用在先技術(shù)生長體單晶加工困難的問題，極大的節(jié)省了材料。本發(fā)明適宜批量生產(chǎn)，能夠滿足激光技術(shù)迅猛發(fā)展的市場需求，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明方法所采用的氣相傳輸平衡裝置示意2是實(shí)施例1樣品表面的X射線衍射分析3是實(shí)施例1試樣的X射線雙晶搖擺實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明方法所采用的氣相傳輸平衡裝置示意圖，鉑金坩堝1內(nèi)，放置有帶氣孔2的一定配比的Li2CO3和Al2O3混合料塊3，料塊3上部是鉑金絲4，雙面拋光的α-BBO晶片5置于鉑金絲4上，料塊3上部有鉑金片6和Li2CO3和Al2O3混合粉料7覆蓋，熱電偶8插入粉料7中，坩堝1頂部加鉑金蓋9密閉。
下面列舉實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1在φ100×80mm的鉑金坩堝內(nèi)，放置有帶氣孔的Li2CO3和Al2O3混合料塊共100克，其中Al2O3含量88克，Li2CO3含量12克。將雙面拋光的(001)面α-BBO晶片(尺寸10×10×0.5mm3)置于鉑金絲上，晶片上覆蓋相同含量比例的Li2CO3和Al2O3混合粉料30克和熱電偶的坩堝蓋，坩堝頂部加鉑金蓋密閉，置于電阻爐中，以20℃/小時升溫至850℃，恒溫6小時，再以30℃/小時降溫速率降至室溫。
圖2是本實(shí)施例試樣表面的X射線衍射分析圖表明，試樣表面生成了擇優(yōu)取向?yàn)?001)的β-BBO薄膜。試樣的X射線雙晶搖擺實(shí)驗(yàn)如圖3所示，它表明α-BBO晶片表面生成的β-BBO薄膜為單晶薄膜，其半高寬為782acrsec，表明結(jié)晶完整性較高。采用調(diào)Q脈沖Nd:YAG激光器觀察了薄膜的二次諧波效應(yīng)，當(dāng)1064nm的基頻光照射薄膜材料后，用肉眼可以觀察到明顯的綠光(532nm)輸出，表明該方法制備的β-BBO/α-BBO外延膜可以實(shí)現(xiàn)二次諧波輸出。
實(shí)施例2在φ100×80mm的鉑金坩堝內(nèi)，放置有帶氣孔的Li2CO3和Al2O3混合料塊共100克，其中Al2O3含量95克，Li2CO3含量5克。將雙面拋光的(001)面α-BBO晶片置于鉑金絲上，晶片上覆蓋相同含量比例的Li2CO3和Al2O3混合粉料30克和熱電偶的坩堝蓋，坩堝頂部加鉑金蓋密閉，置于電阻爐中，以100℃/小時升溫至1000℃，恒溫2小時，再以80℃/小時降溫速率降至室溫。結(jié)果表明，在α-BBO晶片表面生成β-BBO薄膜。
實(shí)施例3在φ100×80mm的鉑金坩堝內(nèi)，放置有帶氣孔的Li2CO3和Al2O3混合料塊共100克，其中Al2O3含量5克，Li2CO3含量95克。將雙面拋光的(001)面α-BBO晶片置于鉑金絲上，晶片上覆蓋相同含量比例的Li2CO3和Al2O3混合粉料30克和熱電偶的坩堝蓋，坩堝頂部加鉑金蓋密閉，置于電阻爐中，以50℃/小時升溫至700℃，恒溫100小時，再以100℃/小時降溫速率降至室溫，得到β-BBO薄膜。
權(quán)利要求
1.一種低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的制備方法，其特征在于包括如下具體步驟①在鉑金坩堝內(nèi)，放置帶有氣孔的Li2CO3和Al2O3混合料塊；②將雙面拋光的α-BBO單晶片置于或懸于鉑金絲上，加上覆蓋有Li2CO3和Al2O3混合粉料和熱電偶的坩堝蓋，坩堝頂部加鉑金蓋密閉，置于電阻爐中；③該電阻爐以20-100℃/小時升溫速率加熱至700～1000℃，恒溫2～100小時，再以20-100℃/小時降溫速率降至室溫，在此過程中Li2CO3分解出的Li2O擴(kuò)散到α-BBO晶片中，和α-BBO晶片發(fā)生固相反應(yīng)，從而α-BBO晶片表層發(fā)生相變，生成β-BBO單晶薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的制備方法，其特征在于所述的Li2CO3和Al2O3混合粉料中，Li2CO3重量百分比的選取范圍是5～100wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的制備方法，其特征在于所述的電阻爐為硅碳棒爐，或硅鉬棒爐。
全文摘要
一種低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的制備方法，包括如下具體步驟在鉑金坩堝內(nèi)，放置有帶氣孔的Li
文檔編號C30B1/10GK1632182SQ200410068058
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者周國清, 劉軍芳, 徐軍, 何曉明, 夏長泰 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所