[其他]磷酸氧钛钾单晶的熔盐生长方法和有关装置

说明书

本发明涉及一种非线性光学晶体磷酸氧钛钾（KTiOPO₄，简称KTP）的生长方法。

早在七十年代初，KTP晶体就已出现，但做为一种有用的晶体，只是在发现了它的非线性光学特性后，才受到人们的重视。最近几年，该晶体日益显示出它的重要性，它是迄今为止所发现的所有非线性光学晶体中性能最优异的一种。

已知的KTP单晶生长的方法有水热法和熔剂法两种，见US3949323和US4231838。水热法是把KTP晶体放置在具有3000个大气压力，以黄金为内衬的高压釜中，在800℃左右进行晶体生长。该法生长条件苛刻，制造高压釜的材料要求很高，而且高压釜的封装和开启都很困难，长出的晶体也不大。旋转球形铂坩埚底部籽晶法，只见过题目报导，未见有该法的任何细节公布，不过从其它有关资料可知，应用该法在坩埚装料、焊封及切开取出晶体等方面是相当困难的。

本发明的目的在于，寻求一种较为合适的方法生长KTP大单晶。本法不同于传统的熔剂法，是在综合、分析若干晶体生长的技术基础上发明的一种熔盐生长法。

本发明是通过以下三个步骤来实施的。

一、原料的制备：

因为KTP在1160℃时便产生化学分解，常压下不可能得到熔融状态，要使KTP晶体生长在常压下得于进行，必须寻找某种熔盐，使得KTP原料在1160℃以下熔解在该熔盐中，获得KTP的熔液，然后在这种熔液中进行晶体生长。原料的制备包括两个方面，一是制备KTP化合物本身，一是制备KTP的熔盐熔剂。

利用下列的任何一个反应，都可以制备出合乎要求的KTP化合物：

（1）K₂TiO（C₂O₄）₂+KH₂PO₄

→KTiOPO₄↓+K₂C₂O₄+H₂C₂O₄

（2）K₂CO₃+TiO₂+（NH₄）₂HPO₄

→KTiOPO₄+CO₂↑+NH₃↑+H₂O

（3）KH₂PO₄+TiO₂→KTiOPO₄+H₂O

KTP的熔剂是多磷酸钾盐，可以是三磷酸到六磷酸的钾盐及它们的混合物。熔剂可通过K₂HPO₄和KH₂PO₄来制备。KTP化合物和它的熔剂，既可分别制得，然后按比例混合，也可以合并制备KTP和它的熔剂的反应，一次取得KTP和它的熔剂的符合比例要求的混合物。KTP化合物和熔剂的重量比通常在1∶19～2∶3之间。制备KTP化合物和熔剂的原料，可采用市售的试剂级原料。

二、KTP单晶生长的装置：

KTP单晶生长的装置是一台合适的加热炉，该加热炉至少能加热到1100℃，加热腔内最高温处与其附近具有0.5°～5℃/cm的温度梯度，具有精密的温度控制系统，控温精度为±0.5℃。炉子的加热腔可放置坩埚，坩埚的底部和炉子的底部的转动机构相连接，能使坩埚均匀地沿水平方向旋转，以使在生长过程中晶体和熔体间有一个相对的运动，坩埚底部还能与一冷却杆相接触，使冷却介质通过冷却杆来局部降低坩埚的温度，以促进结晶的形成和晶体的生长。冷却杆和坩埚底的接触面不得大于φ2mm。

炉子的上方安装着籽晶杆，籽晶杆的下端能装卡KTP籽晶，上端和一转动机构相联接，能使籽晶杆作绕轴向的旋转运动，该籽晶杆也能上下移动，以便能伸入开口坩埚中的适当位置上，以便于将生长在籽晶上的晶块提高熔体。籽晶杆还能附有冷却装置，以便于控制籽晶附近的温度，便于晶体的生长。如果采用导热性良好籽晶杆，也可不用附加冷却系统，如用铂箔包裹着的带孔的氧化铝陶瓷杆，便是一种满意的籽晶杆。杆的直径从φ3-φ10mm。

在晶体生长过程中，既可使坩埚作水平旋转，也可使籽晶杆旋转，也可二种运动同时进行，二种运动比单一运动，效果更佳。