特殊晶体的方位准向切割

特殊晶体的方位准向切割 文章来源：中国切割机网

　
　　1引言硫镓银（AgGaS2）晶体为2族三元化合物半导体，黄铜矿结构，点群D2d4-2m，常温下呈淡黄色，脆性大，熔点为996，在0.513m范围具有优良的透光性能，非线性系数大，同时还有适宜的双折射，品质因数和损伤阈值高，是一种性能优异的新型红外非线性光学材料，可用于二次谐波的产生、倍频、混频和光参量振荡等。35m中红外激光源在红外干扰、分子光谱、医疗光源等许多方面有着非常重要的应用，目前能产生中红外区域激光的固体激光器尚未成熟，采用光参量振荡器（OPO）可将现有固体激光器发出的短波长激光转换到中红外区域。在红外非线性晶体中，AgGaS2晶体是可采用1.064m的NdYAG激光泵浦进行OPO的材料。对于35m波长的调谐范围，AgGaS2晶体相应的类相位匹配角变化范围为43.551.0.非线性光学晶体材料是实现光参量振荡的关键，晶体材料制备成器件的切割方式决定参量光的互作用方式、能量转换方向和输出参量光的波长范围。因此，对AgGaS2晶体进行定向制备是制备光参量振荡器件的前提和关键。
　　2实验2.1晶体定向分析采用改进的Bridgman法生长AgGaS2晶体，生长出的晶锭无明显方向特征。在晶锭表面显露出一些大小不一的小孔，小孔底部可以观察到反光一致的晶面。经X射线衍射分析，这些显露面多属于{101}或{112}晶面族。用刀片沿着平行于显露面的方向进行解理，就可以得到{101}或{112}晶面族的晶面。
　　硫镓银晶体是负单轴晶，C轴是它的光轴。若选取AgGaS2晶体的I型相位匹配角　50.5，方位角45为切割角制备光参量振荡器件，则对于选取的相位匹配角　50.5，是以光轴为轴，基频光波矢为母线的正圆锥半顶角。再根据方位角的要求，可以得到器件的通光面。
　　2.2C轴的确定制作光参量振荡器件首先要确定晶体的光轴。AgGaS2晶体属四方晶系的负单轴晶，晶体的主光轴方向与C轴方向平行。晶体的C轴方向垂直于（001）面，只要找到（001）面就可以确定C轴，但（001）晶面间距小，不容易直接解理得到，只能由其他已知晶面结合角度关系来确定。
　　在晶体上解理出两个不平行的{101}面，图2为{101}面的X射线衍射图谱。根据四方晶系晶面夹角公式计算出AgGaS2晶体{101}各面所成的夹角。表1为{101}晶面族各晶面相互之间的夹角关系。除去相互平行的晶面，{101}晶面族的8个晶面实际只有4种取向。实际测量解理所得的两个{101}晶面的夹角约为76.2.这两个面的面指数有（101）和（011），（101）和（01-0），（1-01）和（011），（1-01）和（01-1）四种可能的情况。设两解理面中A面为（101）面，则B面有可能为（011）面或（01-1）面。是AgGaS2晶体（001）面标准极图。若将A面的法线方向对准AgGaS2晶体（001）面标准极图上（101）极点，B面的法线方向对准（011）极点，可知AgGaS2晶体的（001）面将平行于标准极图所在平面；而将A面的法线方向对准（101）极点，B面的法线方向对准（01-1）极点会得出另一个（001）面方向。讨论其他情况会得出相同的结果。这就出现了两个C轴方向，对AgGaS2晶体而言，C轴具有性，必须排除一种情况。在晶体边缘垂直于这两个方向分别磨出两个小面，通过X射线衍射分析，可以排除一种而确定（001）面。
　　在两个互相垂直的方向对磨出的（001）晶面进行修正，终两个方向与点阵面的偏差都小于0.1，说明已经比较准确地确定出（001）面，也就是确定了C轴方向。所得的AgGaS2晶体（001）面的X射线衍射图谱。
　　2.3通光面的确定及晶体切割选定相位匹配角　50.5，即所需通光面与（001）面的夹角为50.5.再依据方位角　45，可加工得到通光面。终切割出了尺寸约为10mm10mm20mm的OPO器件。
　　3结果与讨论晶体的解理特性与晶体的晶面间距有关，晶面间距越大，面与面之间的原子作用力越小，晶面越容易解理。
　　2晶体两个解理面{101}面或{112}面进行定向具有较好的操作性。
　　将两个{101}解理面的法线方向分别对准晶体（001）标准极图上{101}极点，会得到两个C轴方向，通过X射线衍射分析，可以确定C轴。这种方法操作简单，易于掌握。对晶面进行精修时，利用X射线衍射法和回摆法可使修定后的（001）面与点阵面的偏差小于0.2，由此确定的C轴比较准确。
　　4结论根据两个不平行的{101}解理面，利用晶面夹角关系和标准极图确定出AgGaS2晶体的C轴，按照所需的角度切割，制备出AgGaS2晶体OPO器件。利用此方法，成功地对多块AgGaS2晶体进行定向切割，制备出不同应用方式的AgGaS2晶体非线性光学器件。该定向切割方法精度高，操作简便，重复性好，可用于AgGaS2晶体以及其他一些具有类似结构晶体的定向切割。　
　

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