DAST晶體生長及機理研究.pdf

1、自激光器發(fā)明以來，非線性光學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，安全檢測和光學計算等方面均有著應用價值。近幾年來，太赫茲(THz)技術(shù)在探測成像、生物醫(yī)學、軍事、安檢、藥物檢測、科研等領(lǐng)域都有重要作用，并且應用前景廣闊，所以尋找具有較高非線性系數(shù)的材料來實現(xiàn)THz輻射非常重要。
　　有機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)，并且響應速度快，應用波段寬，易于剪裁，成本低廉;有機吡啶鹽晶體分子的化學結(jié)構(gòu)獨

2、特，分子設(shè)計靈活，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材料的種類，使它在非線性光學材料領(lǐng)域具有重要地位。1989年Marder等人《Science》期刊上首次報道了具有二階非線性光學特性的DAST晶體。
　　DAST是一種由強庫侖力形成的有機吡啶鹽晶體，陽離子具有共軛大π鍵，沒有對稱中心，具有較大的二階非線性光學系數(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的相應值大1～2個數(shù)量級，其倍頻效應為尿素的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晶體的主要生長方法有激光誘導成核法，斜板法，雙區(qū)段法，籽晶法等。目前國際上對于DAST晶體的研究主要集中在提高生長速度和改善晶體質(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)量和尺寸相對落后。DAST晶體難長的主

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

5、，純度達到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晶體的生長機制，發(fā)現(xiàn):①晶體生長所需的過飽和度σ接近亞穩(wěn)區(qū)邊界，這是DAST晶體難以生長的主要原因;②DAST晶體各顯露面生長所需的σ具有明顯的各向異性，大體順序為(001)＞(010)＞(111)，當σ較小時，(010)和(111)面顯露，(010)面甚至出現(xiàn)楔化;③揮發(fā)法生長的