DAST晶體生長(zhǎng)及機(jī)理研究.pdf

1、自激光器發(fā)明以來，非線性光學(xué)材料的研究一直很受關(guān)注，它在基礎(chǔ)研究和無線電通訊，安全檢測(cè)和光學(xué)計(jì)算等方面均有著應(yīng)用價(jià)值。近幾年來，太赫茲(THz)技術(shù)在探測(cè)成像、生物醫(yī)學(xué)、軍事、安檢、藥物檢測(cè)、科研等領(lǐng)域都有重要作用，并且應(yīng)用前景廣闊，所以尋找具有較高非線性系數(shù)的材料來實(shí)現(xiàn)THz輻射非常重要。
　　有機(jī)非線性晶體具有高的非線性系數(shù)和光電系數(shù)，低的介電常數(shù)，并且響應(yīng)速度快，應(yīng)用波段寬，易于剪裁，成本低廉;有機(jī)吡啶鹽晶體分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)獨(dú)

2、特，分子設(shè)計(jì)靈活，功能多樣;不僅具有較大的分子超極化率，分子組裝形式的多樣性也極大地豐富了非線性光學(xué)材料的種類，使它在非線性光學(xué)材料領(lǐng)域具有重要地位。1989年Marder等人《Science》期刊上首次報(bào)道了具有二階非線性光學(xué)特性的DAST晶體。
　　DAST是一種由強(qiáng)庫侖力形成的有機(jī)吡啶鹽晶體，陽離子具有共軛大π鍵，沒有對(duì)稱中心，具有較大的二階非線性光學(xué)系數(shù)和電光系數(shù)，在1542nm的二階非線性系數(shù)為840pm/v，在820n

3、m的電光系數(shù)比ZnTe的相應(yīng)值大1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，其倍頻效應(yīng)為尿素的1000倍，是產(chǎn)生太赫茲輻射的理想材料。1999年，Kawase等人通過DAST晶體，利用非線性差頻的方法產(chǎn)生了太赫茲波。
　　DAST晶體的主要生長(zhǎng)方法有激光誘導(dǎo)成核法，斜板法，雙區(qū)段法，籽晶法等。目前國際上對(duì)于DAST晶體的研究主要集中在提高生長(zhǎng)速度和改善晶體質(zhì)量方面。在國內(nèi)，DAST晶體的研究起步較早，但是發(fā)展緩慢，晶體質(zhì)量和尺寸相對(duì)落后。DAST晶體難長(zhǎng)的主

4、要原因一是缺乏高純度的生長(zhǎng)原料，二是晶體的生長(zhǎng)過程和成核難以控制，難以生長(zhǎng)出大晶體。
　　本論文從原料合成、晶體生長(zhǎng)和生長(zhǎng)機(jī)理三個(gè)方面入手DAST晶體的研究。用X-射線粉末衍射、核磁共振1H和13C對(duì)合成的原料進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)構(gòu)符合DAST。對(duì)原料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究，TG-DTA曲線表明DAST原料的融化相變溫度在263.76℃，與文獻(xiàn)報(bào)道相吻合。經(jīng)元素分析儀測(cè)定其純度可達(dá)97％，能用于晶體生長(zhǎng)。將原料進(jìn)行重結(jié)晶提純，進(jìn)過一次重結(jié)晶后

5、，純度達(dá)到98％左右，但兩次后純度略有下降。
　　分別用揮發(fā)溶劑法和降溫法生長(zhǎng)晶體，研究不同條件下DAST晶體的結(jié)晶完整性，透過光譜，晶體形態(tài)和DAST晶體的生長(zhǎng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn):①晶體生長(zhǎng)所需的過飽和度σ接近亞穩(wěn)區(qū)邊界，這是DAST晶體難以生長(zhǎng)的主要原因;②DAST晶體各顯露面生長(zhǎng)所需的σ具有明顯的各向異性，大體順序?yàn)?001)＞(010)＞(111)，當(dāng)σ較小時(shí)，(010)和(111)面顯露，(010)面甚至出現(xiàn)楔化;③揮發(fā)法生長(zhǎng)的