非線性光學(xué)晶體KBe2BO3F2(KBBF)的制備和應(yīng)用

1、倍頻利器(lq)非線性光學(xué)晶體KBe2BO3F2SA11014016 謝威SA11014018 宋俊達SA11014020 王振斌SA11014024 鞠立成SA11014027 汪松SA11014028 潘斌SA11014029 季巍共十九頁 陳創(chuàng)天. 探索硅酸鹽非線性光學(xué)晶體的艱難(jinnn)歷程J. 中國激光, 2010, 39(9): 22082212 陳創(chuàng)天：1962年北京大學(xué)物理系畢業(yè)，1962-1999年在中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所工作，1999年組建中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所北京人工晶體研究發(fā)展中心?，F(xiàn)任中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所北京人工晶體研究發(fā)展中心主任、研究員、博士生導(dǎo)師。

2、他提出的“晶體非線性光學(xué)效應(yīng)的陰離子基團理論” 成功用于指導(dǎo)新型非線性光學(xué)材料的探索(tn su)研究。他領(lǐng)導(dǎo)的研究組相繼發(fā)明了被譽為“中國牌晶體”的非線性光學(xué)晶體-BaB2O4(BBO)、LiB3O5(LBO)，最近，他們又發(fā)明了迄今為止使用倍頻方法輸出最短波長的新型紫外非線性光學(xué)晶KBe2BO3F2(KBBF)，震驚了世界。中國非線性光學(xué)晶體自主創(chuàng)新之路共十九頁 C.T. Chen, Symposium of International Crystal Growth Conference, Hawaii, August ,1992.中國(zhn u)非線性光學(xué)晶體自主創(chuàng)新之路KBBFLBO

3、BBO共十九頁 David Cyranoski, Nature. 457(2009), 953-955. “中國實驗室成為這種具有重大科學(xué)價值的晶體的唯一來源，它表明中國在材料科學(xué)領(lǐng)域?qū)嵙θ找?ry)增強”“其他國家在晶體生長方面的研究，目前看來還無法縮小與中國的差距”中國非線性光學(xué)晶體自主(zzh)創(chuàng)新之路共十九頁制備(zhbi)難點 每一個KBBF晶胞具有上中下三層結(jié)構(gòu)，層間以KF原子間的靜電作用力結(jié)合，極易沿001方向解理。層狀結(jié)構(gòu)也使其熱膨脹系數(shù)具有顯著的各向異性。在晶體(jngt)生長過程中，外界環(huán)境溫度或生長的溫度梯度發(fā)生微擾變化時，晶體(jngt)就容易層間解理。這是其長不厚的主

4、要原因。KFBeOB（a）KBBF晶體的一個晶胞（b）KBBF晶胞的a-b面結(jié)構(gòu) S.C. Wang, N. Ye, J. Am. Chem. Soc. 2011, 61,11458.共十九頁局域自發(fā)(zf)成核法制備KBBF技術(shù)特點：自助熔：以反應(yīng)體系中的原料為助溶劑，既避免了KBBF相在降溫過程中的分解(fnji)，又不會對材料的制備過程引入雜質(zhì)離子。底部冷阱技術(shù)：坩堝底部加入冷卻系統(tǒng)，使成核發(fā)生在局部的過冷區(qū)域，減少了形成晶核的數(shù)量。循環(huán)溫度震蕩：促進了單一形核的單晶生長，從而更大可能得到大尺寸單晶樣品。 D.Y. Tang, Y.N. Xia, B.C. Wu, C.T. Chen,

5、J. Crystal Growth. 222 (2001) 125-129.共十九頁局域自發(fā)(zf)成核法制備KBBF X.Y. Wang, X. Yan, S.Y. Luo, C.T. Chen, J. Crystal Growth. 318 (2011) 610-612.共十九頁局域自發(fā)(zf)成核法制備KBBF固相反應(yīng)，合成KBBF多晶粉配制熔融料裝爐密封加熱至800，保溫50h降溫至740，循環(huán)溫度震蕩降溫至650，并開始以2-3/day持續(xù)降溫直至降溫至室溫，生長周期結(jié)束工藝路線： X.Y. Wang, X. Yan, S.Y. Luo, C.T. Chen, J. Crystal

6、Growth. 318 (2011) 610-612.共十九頁局域自發(fā)(zf)成核法制備KBBF（a）As-grown KBBF crystal with large transparent region.（b）A crystal blank with thickness of 2.8 mm（c）KBBF crystal up to 3.7 mm in thickness. X.Y. Wang, X. Yan, S.Y. Luo, C.T. Chen, J. Crystal Growth. 318 (2011) 610-612.共十九頁溫差(wnch)水熱法制備KBBF原料：KBBF培養(yǎng)基+去

7、離子水+礦化劑加熱溫度：350500反應(yīng)壓力：100150MPa反應(yīng)時間：530天 H.T. Zhou, X.L. He, W.N. Zhou, C.L. Zhang, et al. J. Crystal Growth. 318 ( 2011) 613-617.共十九頁溫差(wnch)水熱法制備KBBFKBBF crystals grown from 1 mol/L H3BO3+0.2 mol/L KF solutions. H.T. Zhou, X.L. He, W.N. Zhou, C.L. Zhang, et al. J. Crystal Growth. 318 ( 2011) 613-

8、617.共十九頁兩種制備方法(fngf)比較局域自發(fā)成核法不加入籽晶，溫差水熱法需引入籽晶；局域自發(fā)成核法生長周期短，水熱法生長周期較長；局域自發(fā)成核法制備的晶體尺寸小于溫差水熱法得到的樣品；局域自發(fā)成核法相對溫差水熱法，需控制的參數(shù)(cnsh)較多，技術(shù)難度較大；局域自發(fā)成核法獲得的KBBF晶體倍頻性能十分優(yōu)異，而溫差水熱法制得的樣品相比之倍頻系數(shù)相差12個量級。 C.T. Chen, G.L. Wang, X.Y. Wang, Z.Y. Xu, Appl. Phys. B. 97(2009) 9-25.共十九頁KBBF的深紫外應(yīng)用(yngyng)前景深紫外光刻技術(shù)(jsh)： 集成電路的集

9、成度由光刻機的分辨率決定，而光刻機分辨率決定于光刻光源波長。波長越短，分辨率越高。目前光刻光源多采用KrF氟化氪DUV光源（248nm）； KBBF應(yīng)用于全固態(tài)激光器獲得單色性更好、波長更短的DUV光源，其在光刻領(lǐng)域的應(yīng)用使光刻技術(shù)和微納加工技術(shù)又上升了一個新臺階。共十九頁KBBF的深紫外應(yīng)用(yngyng)前景深紫外激光(jgung)拉曼光譜儀：大連物化所自主研發(fā)世界首臺177.3nm全固態(tài)深紫外激光拉曼儀 相比傳統(tǒng)的紅外拉曼光譜儀，具有分辨率高，不受熒光干擾的特點，且光源在193240nm間連續(xù)可調(diào)。在催化、材料、能源等領(lǐng)域的拉曼光譜研究，具有獨特的優(yōu)勢。共十九頁KBBF的深紫外應(yīng)用(yn

10、gyng)前景深紫外激光(jgung)光電子發(fā)射顯微鏡：大連物化所自主研發(fā)全固態(tài)深紫外激光光電子發(fā)射顯微鏡（PEEM） 以全固態(tài)DUV激光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)PEEM采用的氣態(tài)DUV光源和同步輻射光源，克服了傳統(tǒng)光源亮度低，空間分辨能力低的弱點。 利用這些儀器，大連物化所已在石墨烯原位生長、界面限域化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域取得了一些初步成果。共十九頁KBBF的深紫外應(yīng)用(yngyng)前景深紫外激光(jgung)角分辨光電子能譜儀：自主研發(fā)深紫外激光角分辨光電子能譜儀 采用的深紫外激光能量分辨率為0.26meV，整體系統(tǒng)的能量分辨率達到0.68meV，是目前國際上角分辨光電子能譜達到的最佳能量分辨率，比通常的同步

11、輻射光源提高了一個量級。動量分辨率也有顯著的提高。真空紫外激光產(chǎn)生的光束流量則比通常的同步輻射光源提高兩到三個量級。共十九頁KBBF的深紫外應(yīng)用(yngyng)前景深紫外激光(jgung)角分辨光電子能譜儀： 由國內(nèi)外研究組合作，利用國際首臺DUV角分辨光電子能譜儀，在高溫超導(dǎo)體中觀測到了新的電子耦合模式，并發(fā)表于物理評論快報（PRL）第100卷10期上。該論文被加上“編輯提示”。審稿人給出這樣的評語：“這是一篇高水準(zhǔn)的實驗論文，它可以不需修改，直接在PRL接收發(fā)表?！奔舛藘x器觀測到的新的電子耦合模式共十九頁新年快樂！共十九頁內(nèi)容摘要倍頻利器非線性光學(xué)晶體KBe2BO3F2。倍頻利器非線性光學(xué)晶體KBe2BO3F2。陳創(chuàng)天：1962年北京大學(xué)物理系畢業(yè)，1962-1999年在中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所工作，1999年組建中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所北京人工晶體研究發(fā)展中