[发明专利]黄铜矿类正单轴晶体制备红外非线性光学元件的定向切割方法

说明书

技术领域

本发明属于晶体非线性光学元器件的制备加工领域，特别涉及一种用无方向特征的黄铜矿类正单轴晶体制备红外非线性光学元器件的定向切割加工方法。

背景技术

作为红外非线性光学元器件应用的黄铜矿类晶体，主要包括I-III-VI族化合物和II-IV-V族化合物，所述黄铜矿类单晶，有正单轴晶和负单轴晶之分，一般采用Bridgman-Stockbarger法(B-S法)制备。由于受到生长容器的强烈约束，加之生长速率、熔体粘度等的影响，生长出的晶锭通常为圆柱状，外观无明显的方向特征。要将其准确地加工制作成各种不同相位匹配角(θm)和方位角的非线性光学元件，例如倍频器件、光参量振荡器件(OPO)等，难度很大。在实际进行器件加工过程中，首先必须对晶锭进行定向，找到C轴(光轴)方向，然后再按所需方向进行切割加工。对这类晶体定向的传统方式，通常是在劳厄照相法的基础上再利用X射线定向仪确定晶体光轴方向，或采用逐步试探法寻找晶体光轴方向，然后进行定向切割。这些方法的不足在于设备比较复杂，精度不高，对于操作人员的经验和技术熟练程度都要求比较高，而且在定向过程中易对环境造成污染，对操作者的身体健康有所影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种黄铜矿类正单轴晶体制备红外非线性光学元件的定向切割方法，此种方法不仅能实现快速定向切割，而且有利于环境保护和操作者的身体健康。

黄铜矿类晶体，属四方晶系，通常为42m点群，其C轴为唯一光轴。用黄铜矿类正单轴晶体制备红外非线性光学元件，所述光学元件的方位角与黄铜矿类正单轴晶体(101)晶面的方位角相同，均为0°。

采用Bridgman-Stockbarger法(B-S法)制备的圆柱状黄铜矿类正单轴晶锭外观虽无明显的方向特征，但由于晶锭表面存在反光一致的半开放性小孔，能够获得解理面{101}和{112}，{101}和{112}分别有多个取向不同的等效晶面，并有多个不同的组合，例如，(101)、(101)、(011)、(011)和(112)、(112)、(112)、(112)等可构成若干不同的组合方式。在本发明所述方法设计时，将获得的已知解理面定义为第一象限的(101)或(112)。

本发明所述黄铜矿类正单轴晶体制备红外非线性光学元件的定向切割方法，以上述黄铜矿类正单轴晶体和晶锭的特点，以及用黄铜矿类正单轴晶体所制备的红外非线性光学元件方位角的特点为基础设计，包括以下步骤：

(1)确定晶体的C轴方向(所述晶体C轴方向即为光学元件的光轴方向)

将黄铜矿类正单轴晶体的已知解理面(101)置于带有吴氏网标尺的所述晶体的(101)面标准极图上原点位置，然后旋转晶体，将其另一解理面{112}的法线方向对准标准极图上{112}中任一极点，当晶体旋转到位后，将标准极图上(001)极点所表示的晶面法线方向初步确定为晶体的C轴方向，

或将黄铜矿类正单轴晶体的已知解理面(112)置于带有吴氏网标尺的所述晶体的(112)面标准极图上原点位置，然后旋转晶体，将其另一解理面{101}的法线方向对准标准极图上{101}中任一极点，当晶体旋转到位后，将标准极图上(001)极点所表示的晶面法线方向初步确定为晶体的C轴方向，

在黄铜矿类正单轴晶体上粗磨出一平面，该平面的法线平行于初步确定的晶体C轴方向，将所述晶体置于X射线衍射仪样品台上，粗磨面位于样品台的衍射面位置，采用θ-2θ连续扫描方式确定所磨平面的晶面指数，若其晶面指数为(001)，表明初步确定的C轴方向确为晶体的C轴方向，

若其晶面指数不为(001)，表明初步确定的C轴方向不是晶体的C轴方向，则需在所述晶体的(101)面或(112)面标准极图上继续旋转晶体，重复上述步骤，直至找出晶体的(001)晶面，确定出晶体的C轴方向；

(2)晶体的初步切割

将已确定C轴方向的晶体置于切割机上，使其(001)晶面和(101)晶面均垂直于样品台，然后根据光学元件所需的相位匹配角θm朝近C轴方向转动样品台Δθ后进行切割，获得光学元件初样，

所述近C轴方向是晶体的(101)晶面法线与C轴夹角减小的方向，所述Δθ＝θ₍₁₀₁₎-θm，式中，θ₍₁₀₁₎为(101)晶面法线与晶体C轴夹角；

(3)检测初样