脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的製作方法

2023-06-08 08:18:26

專利名稱：脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的製作方法
技術領域：
本發明涉及低溫相偏硼酸鋇(β-BBO)單晶薄膜，特別是一種脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇(β-BBO)單晶薄膜，具體地是在高溫相偏硼酸鋇(α-BBO)單晶襯底上生長一層低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜材料。β-BBO是優異的非線性材料，具有十分廣泛的應用前景。
背景技術：
偏硼酸鋇BaB2O4(以下簡稱BBO)存在高溫相(α相)和低溫相(β相)兩個相，其相變溫度為925℃。α-BBO具有對稱中心，是一種性能優良的紫外雙折射晶體，可用普通提拉法和坩堝下降法生長(參見Journal of Crystal Growth，第191卷，1998年，第517頁，以及專利ZL97106378.8，「高溫相偏硼酸鋇晶體的生長方法」)。
β-BBO無對稱中心，是一種性能優良的非線性光學材料，它具有高的倍頻係數、寬的匹配範圍和強的抗光損傷能力，因此它被廣泛應用在光學倍頻、光學混頻、光參量放大和光參量振蕩等領域。β-BBO晶體已經成為了現代非線性光學技術領域中的核心材料之一，具有較大的應用市場。目前，β-BBO晶體的生長方法主要有中科院福建物構所江愛棟等人發明的熔鹽籽晶法(參見專利CN1045282A，「熔鹽籽晶法生長低溫相偏硼酸鋇單晶」，以及專利CN 1032072C，「改進的熔鹽籽晶法生長低溫相偏硼酸鋇單晶」)，以及中科院上海矽酸鹽研究所仲維卓等人發明的恆液面助熔劑提拉法(參見專利CN1057868A，「偏硼酸鋇(β-BBO)單晶的恆液面提拉法生長」，以及專利CN 1118023A，「溶劑恆液面提拉法生長偏硼酸鋇的方法」)。
在先技術生長β-BBO單晶均屬於助熔劑法(又稱熔鹽法)，其缺點是(1)生長速度慢、生長周期長，一塊單晶生長周期長達1～3月；(2)採用這些技術可以獲得較大的體單晶，但是隨著雷射技術向集成化、小型化方向發展，特別是飛秒雷射技術領域中，為了克服因晶體厚度帶來的基頻光與倍頻光之間的群速度失配問題，常常需要較薄的β-BBO晶體作為倍頻器件(參見光學學報，第15卷，1995年，第641頁)，而β-BBO晶體較軟、機械強度較低，在加工過程中尤其是在加工成較薄的零件過程中存在易破裂、變形等問題(參見光學技術，1998年，第4期，第39頁)，如將採用在先技術生長的β-BBO晶體再加工成微米量級甚至更薄的晶片就顯得非常困難，而且也會造成材料的極大浪費，同時生長效率低，遠遠不能滿足迅速發展的雷射技術的需要。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於克服採用上述在先技術生長的大塊β-BBO晶體難以加工成微米量級晶片的不足，提供一種脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜，此薄膜可以用於非線性光學領域，滿足日益發展的雷射技術及集成光學的需要。
本發明的技術解決方案如下一種脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜，該方法是採用ArF準分子雷射，通過透鏡將能量密度聚光後，經光學窗口照射到脈衝雷射澱積裝置內的α-BBO靶材，使表層分子熔蒸出來，到達α-BBO襯底上沉積，生長一層β-BBO單晶薄膜。
本發明脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜，包括如下具體步驟1將清洗的雙面拋光或單面拋光的α-BBO襯底及α-BBO靶材送入脈衝雷射澱積裝置內；2將腔內抽成超高真空，然後充入氧氣氣氛；3對α-BBO襯底進行加熱，升溫至500～900℃，將ArF準分子雷射(雷射波長為193nm)通過透鏡聚焦，經光學窗口照射到裝置內的α-BBO靶材，靶材表層分子熔蒸後在α-BBO襯底上澱積，生長一層β-BBO單晶薄膜，緩慢降溫後即可得到高質量的β-BBO薄膜。
所述的α-BBO靶材也可用α-BBO陶瓷靶材或β-BBO陶瓷靶材或β-BBO單晶靶材代替。
所述的ArF準分子雷射器也可用KrF準分子雷射器代替。
本發明與在先技術生長β-BBO體單晶相比，採用提拉法或坩堝下降法生長的高質量α-BBO作為襯底及靶材，在α-BBO襯底上生長出符合需要的微米量級單晶薄膜，克服了採用在先技術生長體單晶加工困難的問題，極大的節省了材料。本發明適宜批量生產，能夠滿足雷射技術迅猛發展的市場需求，具有良好的經濟效益。


圖1是脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜使用的脈衝雷射澱積(PLD)裝置的示意圖。
具體實施例方式
先請參閱圖1，圖1是本發明脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜使用的脈衝雷射澱積(PLD)裝置的示意圖。下面通過本發明脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜的一個實施例作進一步說明。該實施例是採用圖1的裝置，其具體的工藝流程如下1將清洗的尺寸為10×10mm2、雙面拋光的α-BBO襯底及α-BBO靶材送入脈衝雷射澱積裝置內；2將腔內抽成超高真空，然後充入氧氣氣氛；3對α-BBO襯底進行加熱，升溫至800℃，將脈寬25ns的ArF準分子雷射通過透鏡以10J/cm2的能量密度聚光，經光學窗口照射到裝置內的α-BBO靶材，靶材表層分子熔蒸後在α-BBO襯底上成膜，緩慢降溫後即可得到高質量的β-BBO薄膜。
權利要求
1.一種脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜，其特徵在於該方法是採用ArF準分子雷射，通過透鏡將能量密度聚焦後，經光學窗口照射到脈衝雷射澱積裝置內的α-BBO靶材，使表層分子熔蒸出來，到達α-BBO襯底上沉積，生長一層β-BBO單晶薄膜。
2.根據權利要求1所述的脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜，其特徵在於包括如下具體步驟1將清洗的雙面拋光或單面拋光的α-BBO襯底及α-BBO靶材送入脈衝雷射澱積裝置內；2將腔內抽成超高真空，然後充入氧氣氣氛；3對襯底進行加熱，升溫至500～900℃，將ArF準分子雷射通過透鏡聚光，經光學窗口照射到裝置內的α-BBO靶材，靶材表層分子熔蒸後在α-BBO襯底上澱積，生長一層β-BBO單晶薄膜，緩慢降溫後即可得到高質量的β-BBO薄膜。
3.根據權利要求1或2所述的脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜，其特徵在於所述的α-BBO靶材也可用α-BBO陶瓷靶材或β-BBO陶瓷靶材或β-BBO單晶靶材代替。
4.根據權利要求1、2或3所述的脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜，其特徵在於所述的ArF準分子雷射器也可用KrF準分子雷射器代替。
全文摘要
一種脈衝雷射澱積法製備低溫相偏硼酸鋇單晶薄膜，它是採用脈衝雷射澱積法，將α－BBO靶材的表層分子熔蒸出來，在加熱的α－BBO襯底上澱積生成β－BBO單晶薄膜。本方法可以在α－BBO襯底上生長出符合需要的微米量級的β－BBO單晶薄膜，不僅節省材料，還可以批量生產，對雷射技術以及集成光學的發展具有重要的意義。
文檔編號C30B23/02GK1546747SQ20031010897
公開日2004年11月17日 申請日期2003年11月28日 優先權日2003年11月28日
發明者徐軍, 劉軍芳, 周國清, 何曉明, 王海麗, 張連翰, 杭寅, 周聖明, 趙廣軍, 徐 軍 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所