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强激光用非线性光学晶体研究进展(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 336-352页

作者：徐明霞于浩海路大治孙洵许心光张怀金山东大学晶体材料国家重点实验室山东济南250100

以磷酸二氢钾(KDP)/磷酸二氘钾(DKDP)、三硼酸锂(LBO)、硼酸氧钙钇(YCOB)和硅酸镓镧族铌酸镓镧(LGN)为代表的非线性光学晶体已经在紫外到中红外的系列激光技术中获得了重要应用,长期受到国内外同行的广泛关注,其品质的提升和口径的扩大... 详细信息

以磷酸二氢钾(KDP)/磷酸二氘钾(DKDP)、三硼酸锂(LBO)、硼酸氧钙钇(YCOB)和硅酸镓镧族铌酸镓镧(LGN)为代表的非线性光学晶体已经在紫外到中红外的系列激光技术中获得了重要应用,长期受到国内外同行的广泛关注,其品质的提升和口径的扩大成为了当前国际竞争的焦点。着眼于强激光的重要需求,综述了KDP/DKDP、LBO、YCOB和LGN等重要非线性光学晶体的研究现状,介绍了其在大尺寸单晶生长及非线性光学性能等方面的研究进展,分析其在强激光非线性光学领域的应用前景。最后讨论了强激光用非线性光学晶体可能的发展方向和重点。

关键词：非线性光学非线性光学晶体晶体生长频率转换光参量啁啾脉冲放大

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飞秒激光调控晶体材料光学非线性的研究进展

光学学报 2024年第17期44卷 242-257页

作者：张彬陈峰山东大学物理学院晶体材料国家重点实验室

非线性晶体是非线性光学领域中实现波长/频率转换的重要载体。通过周期性地调控非线性晶体的光学非线性，可以按需制备多种非线性光子晶体结构，从而实现特定波长激光高效频率转换和非线性光束整形等应用。飞秒激光直写技术具有精度高... 详细信息

非线性晶体是非线性光学领域中实现波长/频率转换的重要载体。通过周期性地调控非线性晶体的光学非线性，可以按需制备多种非线性光子晶体结构，从而实现特定波长激光高效频率转换和非线性光束整形等应用。飞秒激光直写技术具有精度高、速度快以及真三维加工等特点，在材料微纳加工领域得到了广泛的应用。用透镜或显微物镜将飞秒激光聚焦到非线性晶体内部，可以对激光焦点处的晶体非线性进行调控；通过设置并优化飞秒激光加工参数，能够实现特定三维非线性光子晶体的快速高效制备。本文从非线性晶体的光学非线性调控、飞秒激光直写技术出发，简要介绍了飞秒激光直写非线性光子晶体的最新研究进展，并对几个潜在的研究方向进行了展望。

关键词：超快光学微纳加工飞秒激光直写晶体材料非线性频率转换

雾化学气相外延法异质外延Ga_(2)O_(3)薄膜的生长特性

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 373-380页

作者：谢佳慧穆文祥李竹程李光清李阳贾志泰陶绪堂山东大学晶体材料国家重点实验室新一代半导体材料研究院晶体材料研究院济南250100 山东省工业技术研究院济南250100

氧化镓各晶相的应用广泛,亚稳相只能通过外延的手段获得。选择合适的生长方法和提高异质外延水平仍是学术界一直探讨的问题。采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在蓝宝石衬底上异质外延生长了氧化镓薄膜,通过优化工艺条件实现了物相调控,... 详细信息

氧化镓各晶相的应用广泛,亚稳相只能通过外延的手段获得。选择合适的生长方法和提高异质外延水平仍是学术界一直探讨的问题。采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在蓝宝石衬底上异质外延生长了氧化镓薄膜,通过优化工艺条件实现了物相调控,系统研究了外延膜的结晶质量、组分和表面形貌,以及生长速率变化规律。同时,探究了Mist-CVD生长系统中,Ga_(2)O_(3)外延膜的晶体成核及晶相控制机理。在原有α-Ga_(2)O_(3)生长工艺的基础上,制备了α/ε混相薄膜、ε-Ga_(2)O_(3)纯相薄膜,呈三维岛状生长模式。在ε-Ga_(2)O_(3)纯相薄膜的基础上,随着氧气流量的增加,结晶质量先稳定后下降,生长速率先增加后降低,最高达到3μm/h。通过退火,获得了β-Ga_(2)O_(3)纯相薄膜,表面粗糙度由10.80 nm降低至5.42 nm。在利用Mist-CVD法进行不同晶相外延调控及其生长机理研究方面具有一定借鉴意义。

关键词：氧化镓异质外延雾化学气相沉积法蓝宝石衬底

基于原位原子力显微镜的巴洛沙韦酯单晶溶解机制研究

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人工晶体学报 2024年第9期53卷 1519-1527页

作者：王洪帅王蕾宋舒虹陶绪堂山东大学晶体材料国家重点实验室晶体材料研究院济南250100

本文使用原位原子力显微镜(in-situ AFM),在近分子尺度探究了抗流感药物巴洛沙韦酯晶型Form I晶体最大暴露晶面在水中的溶解行为。该晶体最大暴露晶面为(020)面,溶解前呈现出层状台阶和螺旋位错的微观形貌特征。原位原子力显微镜测试表... 详细信息

本文使用原位原子力显微镜(in-situ AFM),在近分子尺度探究了抗流感药物巴洛沙韦酯晶型Form I晶体最大暴露晶面在水中的溶解行为。该晶体最大暴露晶面为(020)面,溶解前呈现出层状台阶和螺旋位错的微观形貌特征。原位原子力显微镜测试表明该晶面在水中主要以台阶后退溶解机制和蚀坑扩展溶解机制溶解。台阶后退溶解机制主要发生在留存有生长台阶的晶面处,通过层状台阶逐步后退推进溶解。蚀坑扩展溶解机制中,蚀坑具有规则蚀坑和倒螺旋位错型蚀坑两种形态。倒螺旋位错型蚀坑与螺旋位错处的缺陷溶解启动相关;规则四边形蚀坑则主要出现在较为平整光滑的完美晶面处,其原因在于该特征晶面仅能通过自发蚀坑成核来推进溶解过程。通过规则四边形蚀坑溶解机制溶解时,该晶面还存在溶解蚀坑临界尺寸现象,即只有超过一定尺寸的蚀坑才能推进溶解。

关键词：巴洛沙韦酯原位原子力显微镜溶解机制药物晶体台阶后退溶解蚀坑扩展溶解

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不同长径比的具有固定宽度金纳米棒的合成

物理化学学报 2024年第5期40卷 60-63页

作者：贺鸿鹏张萌萌郝梦娇杜伟夏海兵山东大学晶体材料国家重点实验室济南250100 烟台大学环境与材料工程学院山东烟台264005

金纳米棒在光学、电学、信息学和生物医学等领域具有广泛的应用。然而,一些具有特殊要求的金纳米棒还不能通过常规的方法制备。在本研究中,我们创新地将十二醇(LA)分子引入到传统种子生长方法中,成功实现了具有固定宽度的不同长径比(AR... 详细信息

金纳米棒在光学、电学、信息学和生物医学等领域具有广泛的应用。然而,一些具有特殊要求的金纳米棒还不能通过常规的方法制备。在本研究中,我们创新地将十二醇(LA)分子引入到传统种子生长方法中,成功实现了具有固定宽度的不同长径比(AR)金纳米棒(FW-Au NR)的按需制备。此外,通过合理地选择相应的反应条件(如氯金酸和硝酸银的浓度),可以在130–38.4,109–26.4和16–46 nm范围之间分别调节FW^(23)-Au NRs,FW^(14)-Au NRs和FW^(6.5)-Au NRs (右上角的标注数字表示金纳米棒的宽度)的长度。即,可在一个较大的长度范围内调节具有固定宽度的金纳米棒的长径比。并且,在合适浓度的十二醇,0.24–0.30 mmol·L^(-1)范围内调节硝酸银浓度,可以使这些金纳米棒的宽度固定在6.5–23 nm之间。另外,实现FW-Au NRs制备的关键是银离子和十二醇分子对分布在金种子晶面上的CTA-Br-Ag^(+)化合物的密度的协同影响。

关键词：金纳米棒十二醇固定的宽度对称性打破效率有效颗粒数

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金属卤化物闪烁体薄膜的X射线成像研究进展

发光学报 2024年第8期45卷 1266-1280页

作者：王鲁凯林宏健吴坤曹亭亭李志远孙炼张磊磊王尊刚国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205 山东大学晶体材料研究院山东济南250100

X射线成像在核辐射安全、无损检测、安全检查、医学诊断等领域有着广泛需求。然而,传统闪烁单晶受限于高成本耗时工艺、有限体积尺寸以及固有脆性,难以实现高效、灵活的X射线成像。相较而言,基于金属卤化物纳米晶/微晶设计的闪烁体薄膜... 详细信息

X射线成像在核辐射安全、无损检测、安全检查、医学诊断等领域有着广泛需求。然而,传统闪烁单晶受限于高成本耗时工艺、有限体积尺寸以及固有脆性,难以实现高效、灵活的X射线成像。相较而言,基于金属卤化物纳米晶/微晶设计的闪烁体薄膜具有简便制备、大面积尺寸、柔性变形、高效发光等显著优点,在X射线成像应用上展现出巨大潜力。本文详细综述了近几年金属卤化物闪烁体薄膜的X射线成像研究进展,首先以是否单独合成金属卤化物纳米晶/微晶为依据,将金属卤化物闪烁体薄膜制备方法概括分为两类:晶体复合成膜法、原位结晶成膜法,对比分析了两类制备方法的优缺点;其次明晰了金属卤化物晶体的发光机理,对改善闪烁体薄膜发光性能做出指导,并据此总结发光效率提升方法;再次归纳了与金属卤化物闪烁体薄膜X射线成像应用相关的各种性能,主要包括空间分辨率、柔韧性、稳定性和自修复性;最后根据研究现状对闪烁体薄膜进行总结与展望。

关键词：金属卤化物晶体闪烁体薄膜 X射线成像辐射发光制备方法

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原料颗粒度对AlN晶体生长的影响

人工晶体学报 2024年第1期53卷 58-64页

作者：俞瑞仙王国栋王守志曹文豪胡小波徐现刚张雷山东大学深圳研究院深圳518000 山东大学新一代半导体材料研究院晶体材料国家重点实验室济南250100

本文通过对氮化铝(AlN)粉末进行烧结,制备了AlN晶体生长用的多晶颗粒料,测试发现,与粉末原料相比,多晶颗粒料的杂质显著降低。利用数值模拟软件研究了不同原料孔隙率对晶体生长的影响,分析了相同晶体生长工艺条件下原料内部温场的分布... 详细信息

本文通过对氮化铝(AlN)粉末进行烧结,制备了AlN晶体生长用的多晶颗粒料,测试发现,与粉末原料相比,多晶颗粒料的杂质显著降低。利用数值模拟软件研究了不同原料孔隙率对晶体生长的影响,分析了相同晶体生长工艺条件下原料内部温场的分布情况。使用不同颗粒度的原料进行了AlN晶体生长,发现最适合AlN晶体生长的温度梯度和原料颗粒度。最后用颗粒度为1~3 mm的多晶颗粒料进行晶体生长,生长出直径为1英寸、厚度为15 mm的AlN晶体。对晶体进行切割、研磨、抛光,得到1英寸AlN晶片。采用高分辨率X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱对晶片进行表征。结果发现HRXRD摇摆曲线半峰全宽(FWHM)为154.66″,E_(2)(high)声子模的峰位置和FWHM分别为656.7和4.3 cm^(-1),表明该AlN晶体结晶质量良好。

关键词： AlN晶体多晶颗粒料孔隙率 VR-PVT 温场杂质

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极化电极均匀化设计调控铌酸锂周期极化占空比

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人工晶体学报 2024年第3期53卷 449-457,I0004页

作者：刘齐鲁郑名扬高洋张龙喜宋于坤王孚雷刘宏王东周桑元华山东大学晶体材料国家重点实验室济南250100 济南量子技术研究院济南250022

准相位匹配(QPM)理论上能够充分利用晶体的非线性光学系数、无走离效应,在光学频率转换中具有非常大的优势。铌酸锂晶体(LiNbO_(3),LN)具有高非线性光学系数、宽通光范围和低生长成本,因此基于铌酸锂铁电畴结构设计获得的周期极化铌酸... 详细信息

准相位匹配(QPM)理论上能够充分利用晶体的非线性光学系数、无走离效应,在光学频率转换中具有非常大的优势。铌酸锂晶体(LiNbO_(3),LN)具有高非线性光学系数、宽通光范围和低生长成本,因此基于铌酸锂铁电畴结构设计获得的周期极化铌酸锂晶体(PPLN)成为准相位匹配技术的理想选择。目前制备PPLN晶体最常用的方法是外加电场极化法,制备过程中,电极结构的参数对极化过程至关重要。本研究基于实时监测下的电场极化过程,结合有限元分析,对不同电极结构的空间电场分布进行分析,发现电极边缘出现电场极大值,而电极内部的电场分布相对均匀。基于这一现象,本文提出了一种多通道电极结构的设计方案,以实现极化空间内部电场的均匀分布。本研究采用十通道电极进行极化实验,通过表征每个通道的占空比,发现内部八个通道的占空比大小均匀且在50%±5%范围,通过晶体的倍频实验验证发现十通道周期极化样品中中间通道相对边缘通道的非线性转换效率明显提升并分布均匀,证明其中间通道具有占空比可控的均匀极化结构,为极化空间电场均匀化设计提供了一种高效合理的设计方案。

关键词：铌酸锂周期极化铌酸锂非线性光学空间电场分布有限元分析

氧等离子体活化β-Ga_(2)O_(3)/SiO_(2)低温键合工艺

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硅酸盐学报 2024年第10期52卷 3273-3282页

作者：马旭穆文祥侯童董岳余博文李阳贾志泰山东大学新一代半导体材料研究院晶体材料国家重点实验室济南250100 山东大学深圳研究院广东深圳518057 山东省工业技术研究院济南250100

采用O2等离子体活化键合技术,实现了β-Ga_(2)O_(3)与SiO_(2)的低温直接键合。通过对O2等离子体处理时间进行调控,系统研究了接触角、羟基密度随处理时间的变化。随着O2等离子体活化时间的增加,SiO_(2)和β-Ga_(2)O_(3)晶片表面亲水性... 详细信息

采用O2等离子体活化键合技术,实现了β-Ga_(2)O_(3)与SiO_(2)的低温直接键合。通过对O2等离子体处理时间进行调控,系统研究了接触角、羟基密度随处理时间的变化。随着O2等离子体活化时间的增加,SiO_(2)和β-Ga_(2)O_(3)晶片表面亲水性大幅度增强,晶片表面的羟基密度明显提升。同时探究了退火温度对衬底表面质量及键合强度的影响,发现键合强度随着退火温度的增加而提升,但较高退火温度容易导致β-Ga_(2)O_(3)衬底的开裂。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对键合界面进行分析,键合界面的O、Ga、Si元素在退火过程中发生充分扩散。测试说明,采用O2等离子体活化方法成功地实现了β-Ga_(2)O_(3)/SiO_(2)晶片的异质集成。由于β-Ga_(2)O_(3)和SiO_(2)衬底可以在不需要真空处理的情况下实现原子级的结合,技术路线成本低,因此本工作提出的直接键合技术将有助于推动β-Ga_(2)O_(3)材料在器件方面的发展及应用。

关键词： β-氧化镓二氧化硅氧气等离子体活化低温直接键合异质集成