[发明专利]一种KDP类晶体生长过程原位显微观测装置

说明书

技术领域：

本发明属于晶体生长检测技术领域，涉及一种KDP类晶体生长过程原位显微观测装置，特别是一种用光学显微镜原位观测KDP类晶体Z切向籽晶成锥过程的观测装置，可观察成锥过程中产生的晶体薄表面层形貌以及定量测定薄表面层的切向生长速度，适于晶体生长成锥过程的相关动力学分析。

技术背景：

KDP(KH₂PO₄)类晶体是一类性能优良的非线性光学晶体材料，因其独特的物理性质而成为唯一可用于激光核聚变工程的非线性晶体，由于其容易切割和精确定向等原因，Z切向籽晶是生长KDP类晶体的最常用籽晶；无论是传统片状籽晶生长方法，还是近年来发展起来的点状籽晶快速生长技术，都选择Z切向晶体作为籽晶，Z切向籽晶的成锥恢复过程是生长KDP类晶体一个重要步骤，特别是大尺寸片状籽晶的恢复过程往往需要数月时间才能完成，而且成锥完成的好坏直接决定着接下来整个晶体生长过程和最终晶体质量，因此精确控制影响Z切向籽晶的成锥过程的关键技术参数，进而提高成锥完成质量是生长高质量大尺寸KDP类晶体的重要基础。美国劳伦斯利弗莫尔实验室(LLNL)的N.Zaitseva等[N.Zaitseva，I.Smolsky and L.Carman.Growth phenomena in the surface layer and step generation from the crystal edges.J.Crystal Growth，2001，222：249-262.]在快速生长KDP类晶体过程中发现，成锥过程中出现的薄表面层生长不仅出现在Z切向籽晶的恢复过程中，而是在整个晶体生长过程中都会出现。当KDP类晶体在自然生长或人为破坏下对其完整结晶学形状出现偏离时，晶体都会以薄表面层生长的形式恢复，研究证实薄表面层生长是一种新的晶体生长机制，薄表面层生长在KDP类晶体的快速生长过程中发挥着重要作用；国内对于影响ADP晶体成锥过程的因素和提高KDP晶体成锥质量方面也有研究报道[G.H Li Rapid Z-plate seed regeneration of large size KDP crystal from solution.J.Crystal Growth，2008，310(1)：36-39.]。但是一直以来，对于KDP类晶体Z切向籽晶成锥过程的研究仅局限于宏观定性分析，对其生长动力学过程的定量实时观察和分析的技术目前尚未见报道；这主要是因为成锥过程缺乏合适的原位观测装置，成锥过程中的这种薄表面层生长不同于一般的晶体生长机理，这种特殊的薄表面层生长形式无法用传统的晶体生长原位观测手段，如原子显微镜和激光干涉技术等进行实时观测分析。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计与提供一种KDP类晶体生长过程原位显微观测装置，用于实时记录晶体成锥过程中薄表面层生长的动力学数据，研究成锥过程中的晶体生长机理，探索提高成锥质量的理论方案和技术措施。

为了实现上述目的，本发明装置的结构原理满足以下要求：一是有一定的空间固定Z切向籽晶；二是要为晶体成锥生长不断提供流动的生长溶液；三是结晶器要透明并严格密封，便于显微观测内部的晶体生长情况；其装置的主体结构采用玻璃或有机玻璃透明材料制作，加工成方形槽状结构的槽体，在方形槽体两端开制圆孔用于固定两根圆形有机玻璃溶液导管，用于生长溶液流入和流出，不断为晶体生长提供饱和溶液，槽体内两侧和底侧分别粘有硅胶垫，利用硅胶弹性挤压固定Z切向籽晶；槽体上部抛光，靠外侧开有六个螺孔用螺栓固定玻璃上盖，在方形结构的槽体上部的开孔位置和内壁之间，挖制圈环状浅槽，用于放置橡胶密封圈，槽体的玻璃上盖呈长方形，开有六个孔与槽体上的螺孔位置对应，然后用六个螺栓固定，利用玻璃的刚性紧压在橡胶密封圈上实现槽体的密封；玻璃上盖透光性好，便于显微镜观测。