[go: up one dir, main page]

RU2398921C1 - Method of growing kdp group monocrystals on nucleating agent placed in mould - Google Patents

Method of growing kdp group monocrystals on nucleating agent placed in mould Download PDF

Info

Publication number
RU2398921C1
RU2398921C1 RU2009126893/05A RU2009126893A RU2398921C1 RU 2398921 C1 RU2398921 C1 RU 2398921C1 RU 2009126893/05 A RU2009126893/05 A RU 2009126893/05A RU 2009126893 A RU2009126893 A RU 2009126893A RU 2398921 C1 RU2398921 C1 RU 2398921C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
board
kdp
nucleating agent
group
growing
Prior art date
Application number
RU2009126893/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Григорьевич Портнов (RU)
Олег Григорьевич Портнов
Владимир Валентинович Антипов (RU)
Владимир Валентинович Антипов
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов" filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный технологический университет "Московский институт стали и сплавов"
Priority to RU2009126893/05A priority Critical patent/RU2398921C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2398921C1 publication Critical patent/RU2398921C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: method is realised by growing group KDP monocrystals for linear optical elements on a rectangular nucleating agent of the corresponding KDP group monocrystal. A Z-cut nucleating agent 2 is used, whose size in the [100] direction is determined by one of the smaller sizes (b) of the aperture of the rectangular nonlinear optical element, and its length (L) in the [010] direction is equal to the sum of the projections of the height (c) and second (a) larger value of the aperture of the nonlinear optical element on plane (001) and is described the following formula: L=cSinc+aCosc, where c is angle of synchronism characteristic for each KDP group crystal. The nucleating agent is placed inside a dismountable mould in form of a closed frame assembled from separate boards, each of which is fitted in the following sequence: nucleating agent 2 is placed on the board of the base 1 of the mould, board 3 is then placed vertical to the said board and another board 5 is fitted at an angle of synchronism c, the next board 6 is placed at an angle of 90 to the previous board 5 and the closing board 7 is placed perpendicular to the board of the base 1 of the mould which gives the given shape and size of the grown monocrystal in form of a workpiece. ^ EFFECT: invention enables to move way from the conventional technological process, when during free arrangement of a nucleating agent in the reaction volume of a crystalliser, a crystal with habit which is natural for the given substance is obtained, to a technological process which enables to directly obtain a monocrystal workpiece with given size and shape during the growing process for making optical elements. ^ 1 ex, 1 tbl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к способам получения ориентированных монокристаллов, применяемых в лазерной физике, акустоэлектронике, оптоэлектронике.The invention relates to methods for producing oriented single crystals used in laser physics, acoustoelectronics, optoelectronics.

В группу KDP входят монокристаллы дигидрофосфатов щелочных ионов (KH2PO4, RbH2PO4 и др.) и дигидрофосфат аммония (NH4H2PO4). Монокристаллы группы KDP относятся к ряду наиболее важных монокристаллов, которые используются в устройствах нелинейной оптики [Блистанов А.А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики. - М. МИСиС, 2000. - 432 с.].The KDP group includes single crystals of alkaline ion dihydrogen phosphates (KH 2 PO 4 , RbH 2 PO 4 , etc.) and ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ). Single crystals of the KDP group are among the most important single crystals that are used in nonlinear optics devices [A. Blistanov Crystals of quantum and nonlinear optics. - M. MISiS, 2000. - 432 p.].

Изобретение позволяет перейти от традиционного технологического процесса, когда при свободном размещении затравки в реакционном объеме кристаллизатора получают кристалл с естественным для данного вещества габитусом, к технологическому процессу, который позволяет получить непосредственно в процессе выращивания экономичный монокристалл-заготовку, близкую по габаритам, форме и ориентации к изготавливаемому оптическому элементу.The invention allows us to move from the traditional technological process when, when the seeds are placed freely in the reaction volume of the crystallizer, a crystal with a habit that is natural for a given substance is obtained, to a technological process that allows producing an economical single crystal workpiece directly in the process of growing, close in size, shape and orientation to manufactured optical element.

В многочисленных публикациях описано и применяется на практике весьма значительный ряд методов и технологий выращивания монокристаллов группы KDP, позволяющих получать совершенные монокристаллы. В основе всех этих технологий лежат известные традиционные способы выращивания монокристаллов из водных растворов. Это метод выращивания водорастворимых монокристаллов при изотермическом испарении растворителя и метод выращивания монокристаллов при охлаждении маточного раствора (Выращивание кристаллов из растворов. / Т.Г.Петров, Е.Б.Трейвус, Ю.О.Пунин, А.П.Касаткин. - Л.: Недра, 1983. - 200 с.).Numerous publications describe and apply in practice a very significant number of methods and technologies for growing KDP group single crystals, which make it possible to obtain perfect single crystals. All these technologies are based on the well-known traditional methods of growing single crystals from aqueous solutions. This is a method for growing water-soluble single crystals by isothermal evaporation of a solvent and a method for growing single crystals when a mother liquor is cooled (Crystal growth from solutions. / TG Petrov, E.B. Treyvus, Yu.O. Punin, A.P. Kasatkin. - L .: Nedra, 1983.- 200 p.).

У кристаллов группы KDP, выращенных традиционными методами, естественная огранка представляет собой комбинацию двух простых форм: тетрагональной призмы {100} и тетрагональной дипирамиды {110}.For crystals of the KDP group grown by traditional methods, natural faceting is a combination of two simple forms: a tetragonal prism {100} and a tetragonal dipyramid {110}.

При изготовлении оптических элементов из монокристаллов с такой огранкой весьма низка эффективность использования их объема. Это связано с тем, что оптические элементы необходимо изготавливать из наиболее совершенной части монокристалла. Ряд последовательных технологических операций по изготовлению оптического элемента из кристалла (придание необходимой формы, ориентации, размера, шлифовка и пр.) приводят к тому, что в отходы уходит его значительная часть. В отходы неизбежно уходит зона регенерации затравки монокристалла и равная ей по объему часть кристалла с максимальной концентрацией дислокации и неконтролируемых микропримесей. Как правило, уходят в отходы, также замыкающие выращенный монокристалл тетрагональные пирамиды и значительная часть его основного объема - тетрагональной призмы, т.е. большая часть долгорастущего и дорогостоящего кристалла уходит в отходы.In the manufacture of optical elements from single crystals with such a facet, the efficiency of using their volume is very low. This is due to the fact that optical elements must be made from the most perfect part of a single crystal. A number of consecutive technological operations for the manufacture of an optical element from a crystal (imparting the necessary shape, orientation, size, grinding, etc.) lead to the fact that a significant part of it goes to waste. The waste zone inevitably leaves the single crystal seed regeneration zone and an equal part of the crystal with a maximum concentration of dislocation and uncontrolled microimpurities. As a rule, tetragonal pyramids and a significant part of its main volume, the tetragonal prism, which also closes the grown single crystal, also go to waste. most of the long-growing and expensive crystal goes to waste.

Особенно неэкономично используются объемы выращенных монокристаллов группы KDP при изготовлении оптических элементов для преобразователей частоты лазерного излучения. Это связано с тем, что заготовку оптического элемента - прямоугольный параллелепипед - необходимо также вписать в наиболее совершенную часть монокристалла, причем эта заготовка должна быть расположена под соответствующим для данного монокристалла углом синхронизма (Гурзадян Г.Г., Дмитриев В.Г, Никогосян Д.Н. Нелинейно-оптические кристаллы. Справочник. - М.: Радио и связь, 1991. - 160 с.) к его направлению [001], т.е. при изготовлении нелинейного оптического элемента из монокристалла, выращенного этими способами, первоначально необходимо механическими методами (резка, шлифовка и т.д.) создать базовую плоскость, ориентированную (рентгеновскими методами) относительно направления [001] под углом синхронизма. Дальнейшие последовательные технологические операции, позволяющие получить прямоугольную заготовку оптического элемента, приводят к тому, что и в этом случае в отходы также уходит большая часть монокристалла.Especially uneconomical are the volumes of KDP group single crystals grown in the manufacture of optical elements for laser frequency converters. This is due to the fact that the blank of the optical element - a rectangular parallelepiped - must also be inscribed in the most perfect part of the single crystal, and this blank must be located at the synchronism angle corresponding to the single crystal (Gurzadyan G.G., Dmitriev V.G., Nikogosyan D. N. Nonlinear optical crystals. Reference book. - M.: Radio and communications, 1991. - 160 p.) To its direction [001], i.e. in the manufacture of a nonlinear optical element from a single crystal grown by these methods, initially it is necessary by mechanical methods (cutting, grinding, etc.) to create a base plane oriented (by X-ray methods) with respect to the [001] direction at the angle of synchronism. Further consecutive technological operations, allowing to obtain a rectangular billet of the optical element, lead to the fact that in this case, most of the single crystal also goes to waste.

Таким образом, естественная огранка выращенных из раствора монокристаллов группы KDP является препятствием для создания более экономичной и эффективной технологии при изготовлении оптических элементов и, в частности, нелинейных оптических элементов.Thus, the natural faceting of KDP group single crystals grown from a solution is an obstacle to creating a more economical and efficient technology in the manufacture of optical elements and, in particular, nonlinear optical elements.

Невозможность изготовить оптический элемент, не отправив значительную часть монокристалла в отходы, является принципиальной особенностью монокристаллов группы KDP, выращенных традиционными способами.The inability to manufacture an optical element without sending a significant part of the single crystal to waste is a fundamental feature of the KDP group single crystals grown by traditional methods.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ выращивания монокристаллов группы KDP (SU 00000955741, МПК С30В 7/02, 29/14, 10.04.1996). Основной целью этого способа является повышение скорости роста и оптической однородности кристаллов. Это достигается, в первую очередь, выбором кристаллографической ориентации затравки относительно граней призмы (100) или граней пирамиды (101) и выбором оптимальных для этих случаев величины переохлаждения маточного раствора, что, в конечном счете, и обеспечивает достижение поставленной цели. Размещение затравки на дне кристаллизатора точно по его размеру без зазора и в тоже время под углом в интервале 45-90° хотя и позволяет получить кристалл, ориентированный под углом синхронизма относительно направления [001], является скорее серьезным недостатком. При таком размещении затравки весьма велика вероятность появления внутренних механических напряжений, т.к. все четыре боковые грани растущего кристалла ограничены стенками кристаллизатора. Возможность разрушения монокристалла с внутренними механическими напряжениями при извлечении из кристаллизатора или в процессе последующей механической обработки практически неизбежна.Closest to the proposed method is a method of growing single crystals of the KDP group (SU 00000955741, IPC С30В 7/02, 29/14, 04/10/1996). The main objective of this method is to increase the growth rate and optical uniformity of crystals. This is achieved, first of all, by choosing the crystallographic orientation of the seed relative to the faces of the prism (100) or the faces of the pyramid (101) and choosing the optimal supercooling of the mother liquor for these cases, which ultimately ensures the achievement of the goal. The placement of the seed at the bottom of the mold precisely in size without a gap and at the same time at an angle in the range of 45-90 °, although it allows to obtain a crystal oriented at an angle of synchronism with respect to the [001] direction, is rather a serious drawback. With this placement of the seed, the likelihood of internal mechanical stresses is very high, since all four side faces of the growing crystal are bounded by the walls of the mold. The possibility of destruction of a single crystal with internal mechanical stresses when removed from the mold or during subsequent machining is almost inevitable.

Цель предлагаемого способа выращивания монокристаллов группы KDP - получение монокристалла-заготовки для изготовления нескольких оптических элементов, ориентированных под углом синхронизма с необходимыми размерами и отсутствием внутренних механических напряжений, которые могут возникнуть в процессе его роста.The purpose of the proposed method for growing single crystals of the KDP group is to obtain a single crystal billet for the manufacture of several optical elements oriented at an angle of synchronism with the required dimensions and the absence of internal mechanical stresses that may arise during its growth.

Технический результат изобретения заключается в создании условий, позволяющих выращивать монокристалл-заготовку, по своим размерам и форме максимально близкую по размерам и форме к изготавливаемым из него оптическим элементам. При этом для того чтобы в процессе роста не возникали механические напряжения в объеме монокристалла, маточный раствор омывает максимально возможное количество свободно растущих граней кристалла.The technical result of the invention is to create conditions that allow to grow a single crystal billet, in its size and shape as close as possible in size and shape to the optical elements made from it. Moreover, in order to prevent mechanical stresses in the growth of the single crystal during the growth process, the mother liquor washes the maximum possible number of freely growing crystal faces.

Этот способ обеспечивается тем, что выращивание монокристаллов группы KDP для нелинейных оптических элементов производится на прямоугольную затравку соответствующего монокристалла и отличается тем, что используют затравку Z-среза, размер которой в направлении [100] определяют одним из меньших размеров (b) апертуры прямоугольного нелинейного оптического элемента, а ее длина (L) в направлении [010] равна сумме проекций высоты (с) и второго (а) большего значения апертуры нелинейного оптического элемента на плоскость (001) и описывается следующей формулой:This method is ensured by the fact that the KDP group single crystals are grown for nonlinear optical elements by the rectangular seed of the corresponding single crystal and characterized in that they use the Z-cut seed, the size of which in the [100] direction is determined by one of the smaller sizes (b) of the aperture of a rectangular nonlinear optical element, and its length (L) in the direction [010] is equal to the sum of the projections of the height (s) and the second (a) larger aperture of the nonlinear optical element on the (001) plane and is described by the following form muloy:

L=cSinθc+aCosθc, где θс - угол синхронизма, характерный для каждого из кристаллов группы KDP. Размещают затравку внутри разъемного формообразователя в виде замкнутой рамки, собранного из отдельных планок, каждую из которых устанавливают в следующей последовательности:L = cSinθ c + aCosθ c , where θ c is the phase angle, characteristic for each of the crystals of the KDP group. The seed is placed inside a demountable shaper in the form of a closed frame assembled from individual slats, each of which is installed in the following sequence:

на планке основания формообразователя размещают затравку,on the base plate of the former place the seed,

вертикально указанной планке устанавливают следующую планку,vertically specified strip set the next strip,

затем относительно нее под углом синхронизма θc устанавливают другую планку,then relative to it at a synchronism angle θ c set another bar,

последующую планку относительно предыдущей планки размещают под углом 90°,the subsequent strip relative to the previous strip is placed at an angle of 90 °,

замыкающую планку устанавливают перпендикулярно планке основания формообразователя, что обеспечивает заданную форму и размеры выращенного монокристалла в виде заготовки.the closing strip is installed perpendicular to the base strip of the former, which provides the desired shape and dimensions of the grown single crystal in the form of a workpiece.

Изобретение поясняется чертежами, на которых отображены основные элементы и этапы монтажа формообразователя, позволяющего обеспечить необходимый технический результат. Рассматриваются несколько возможных последовательно усложняющихся и последовательно более эффективных вариантов сборки формообразователя (Фиг.2-5).The invention is illustrated by drawings, which show the basic elements and stages of installation of the former, which allows to provide the necessary technical result. Several possible sequentially complicated and sequentially more efficient assembly options of the former are considered (FIGS. 2-5).

Первый - базовый вариант (Фиг.2):The first is the basic version (Figure 2):

- плоская затравка 2, изготовленная из Z-среза монокристалла, с размерами, определяемыми по вышеприведенному принципу, размещается на планке основания 1 собираемого формообразователя. Размер и форма основания соответствуют форме и размеру затравки. Планка 3 устанавливается вертикально относительно основания формообразователя на одном из его меньших по размеру торцев. Длина этой планки определяется высотой дефектной части монокристалла 4 (области зоны регенерации), которая впоследствии уходит в отходы, плюс величина, определяемая соотношением aSinθc. Следующая планка 5 относительно предыдущей устанавливается под углом синхронизма θс, характерным для данного монокристалла. Ее длина равна высоте оптического элемента (с). Образующийся внутренний угол формообразователя равен 180° - θс. Планка 6 относительно предыдущей устанавливается под углом 90°. Ее длина равна большей стороне (а) апертуры оптического элемента. Замыкающая формообразователь планка 7 будет перпендикулярна к основанию формообразователя и соответственно ко второму противоположному торцу затравки.- flat seed 2, made of a Z-cut single crystal, with dimensions determined by the above principle, is placed on the base plate 1 of the assembled shaper. The size and shape of the base correspond to the shape and size of the seed. The strap 3 is installed vertically relative to the base of the former on one of its smaller ends. The length of this bar is determined by the height of the defective part of the single crystal 4 (region of the regeneration zone), which subsequently goes to waste, plus the value determined by the ratio aSinθ c . The next strip 5 relative to the previous one is installed at an angle of synchronism θ c , which is characteristic of this single crystal. Its length is equal to the height of the optical element (s). The resulting internal angle of the former is 180 ° - θ s . Plank 6 relative to the previous one is installed at an angle of 90 °. Its length is equal to the larger side (a) of the aperture of the optical element. The closing shaper strip 7 will be perpendicular to the base of the shaper and, accordingly, to the second opposite end face of the seed.

В этом случае затравка разращивается или в направлении [001] или в направлении

Figure 00000001
. Такая конструкция формообразователя позволяет получить технологичный и экономичный по форме монокристалл-заготовку для дальнейшего использования. Заготовка имеет готовую базовую плоскость под заданным углом синхронизма относительно направления [001] и три перпендикулярные к ней плоскости нелинейного оптического элемента. Завершается изготовление прямоугольного нелинейного оптического элемента механическим удалением неиспользуемых частей выращенного монокристалла - Г, Д и Е.In this case, the seed expands either in the direction [001] or in the direction
Figure 00000001
. This design of the former allows you to get technological and economical in shape of a single crystal blank for further use. The workpiece has a finished base plane at a given angle of synchronism with respect to the [001] direction and three planes of a nonlinear optical element perpendicular to it. The manufacturing of a rectangular nonlinear optical element is completed by mechanical removal of the unused parts of the grown single crystal - G, D and E.

Следующие три варианта сборки формообразователей, схематически показанные на Фиг.3, 4 и 5, получаются при зеркальном отражении (зеркальная симметрия) относительно осей А-А или Б-Б (Фиг.2). При этом, естественно, вместо внутренних планок-оснований устанавливается затравка.The following three assembly options for the formers, schematically shown in FIGS. 3, 4 and 5, are obtained by mirror reflection (mirror symmetry) relative to the axes A-A or B-B (FIG. 2). In this case, of course, instead of the internal base strips, a seed is installed.

Второй вариант (Фиг.3).The second option (Figure 3).

Весьма часто монокристаллы группы KDP разращивают одновременно и в направлении [001] и в направлении

Figure 00000002
(в отличии, например, от гексагонального иодата лития, у которого анизотропия скоростей роста в этих направлениях весьма ярко выражена, и такого разращивания, как правило, не производят). В этом случае конструкция формообразователя должна обеспечивать возможность расти кристаллу в вышеуказанных направлениях одновременно. Эти условия можно обеспечить, если при создании формообразователя использовать зеркальное отражение относительно оси Б-Б (Фиг.2). Разращивание затравки в таком формообразователе позволяет получить экономичный монокристалл, из которого можно получить уже две заготовки для изготовления нелинейных оптических элементов.Quite often, KDP group single crystals are grown simultaneously in the [001] direction and in the direction
Figure 00000002
(unlike, for example, hexagonal lithium iodate, in which the anisotropy of the growth rates in these directions is very pronounced, and, as a rule, they do not produce such growth). In this case, the design of the former should provide the ability to grow the crystal in the above directions simultaneously. These conditions can be achieved if, when creating the former, mirror reflection relative to the BB axis is used (FIG. 2). The growth of the seed in such a shaper allows you to get an economical single crystal, from which you can already get two blanks for the manufacture of nonlinear optical elements.

И при этом варианте размеры плоской прямоугольной вытянутой в направлении [100] затравки рассчитываются по приведенному выше принципу.And with this option, the dimensions of a flat rectangular elongated seed in the [100] direction are calculated according to the above principle.

Третий вариант (Фиг.4).The third option (Figure 4).

Удвоим длину L затравки, рассчитанной в соответствии с вышеприведенным принципом, используем зеркальное отражение относительно оси А-А (Фиг.2) и получим следующую конструкцию формообразователя. Разращивание затравки в этом формообразователе также позволяет получить экономичный монокристалл, из которого можно получить две заготовки для изготовления нелинейных оптических элементов.Double the length L of the seed, calculated in accordance with the above principle, use mirror reflection relative to the axis AA (Figure 2) and obtain the following design of the former. The growth of the seed in this former also allows you to get an economical single crystal, from which you can get two blanks for the manufacture of nonlinear optical elements.

Четвертый вариант (Фиг.5).The fourth option (Figure 5).

Удвоенная длина затравки и одновременное зеркальное отражение относительно осей А-А и Б-Б позволяет получить четвертую конфигурацию формообразователя. Из монокристалла, выращенного в таком формообразователе, можно изготовить четыре заготовки для нелинейных оптических элементов, которые аналогичны оптическим заготовкам, получаемым при использовании формообразователя по первому варианту.Double the length of the seed and simultaneous mirror reflection relative to the axes aa and bb allows you to get the fourth configuration of the former. From a single crystal grown in such a shaper, it is possible to make four blanks for nonlinear optical elements, which are similar to the optical blanks obtained when using the shaper according to the first embodiment.

Во всех случаях ширина формообразующих планок должна быть несколько больше, чем расчетная толщина выращиваемого монокристалла, чтобы исключить их врастание в монокристалл.In all cases, the width of the forming strips should be slightly larger than the calculated thickness of the grown single crystal in order to prevent their ingrowth into the single crystal.

По сравнению с кристаллами, полученными традиционными способами, описанный способ выращивания монокристаллов группы KDP обеспечивает значительные преимущества при использовании этих кристаллов для изготовления оптических элементов:Compared with crystals obtained by traditional methods, the described method of growing single crystals of the KDP group provides significant advantages when using these crystals for the manufacture of optical elements:

- удобную технологичную форму выращенных монокристаллов, исключающую целый ряд трудоемких технологических операций при изготовлении оптических элементов;- convenient technological form of the grown single crystals, excluding a number of labor-intensive technological operations in the manufacture of optical elements;

- возможность получить непосредственно в процессе выращивании ориентированную экономичную монокристаллическую заготовку нелинейного оптического элемента;- the ability to get directly in the process of growing oriented economical single-crystal blank of a nonlinear optical element;

- высокую эффективность использования объема монокристалла, т.е. значительное снижение количества отходов при изготовлении оптических элементов для преобразования лазерного излучения;- high efficiency of using the volume of a single crystal, i.e. a significant reduction in the amount of waste in the manufacture of optical elements for converting laser radiation;

- высокую эффективность собственно процесса выращивания монокристаллов группы KDP. В стандартном кристаллизаторе можно разместить несколько формообразователей, которые собираются на одном держателе, обеспечивающем равномерное поступление маточного раствора к растущим граням при реверсивном вращении всей системы, т.е. вырастить за один цикл из одного объема маточного раствора несколько монокристаллов.- high efficiency of the actual process of growing single crystals of the KDP group. In a standard mold, you can place several formers that are assembled on one holder, providing a uniform flow of the mother liquor to the growing faces during the reverse rotation of the entire system, i.e. to grow several single crystals in one cycle from one volume of the mother liquor.

Способ иллюстрируется следующим примером.The method is illustrated by the following example.

Пример.Example.

Выращены пять монокристаллов KDP (KH2PO4) в одном кристаллизаторе. Один без применения формообразователя на традиционной прямоугольной затравке и четыре на затравках, рассчитанных по вышеприведенному принципу с применением формообразователей в соответствии с четырьмя вышеописанными вариантами. Все монокристаллы выращены традиционным методом программируемого охлаждения маточного раствора. Размеры затравок и размеры формообразователей выбраны так, чтобы из совершенной части каждого из монокристаллов можно было изготовить только по одной заготовке для оптического элемента одинакового размера. При этом предусматривались минимальные размеры монокристаллов для одинакового размера оптических элементов. Это обеспечило возможность провести сравнение по эффективности использования объема выращенных монокристаллов и проанализировать их технологические особенности - наличие и количество не требующих предварительной технологической обработки ориентированных плоскостей (граней). Применение формообразователя позволило повысить эффективность использования объема монокристалла до 34% по сравнению с 11% для монокристалла, выращенного традиционным способом. Данные по сравнительному анализу приведены в таблице 1.Five KDP single crystals (KH 2 PO 4 ) were grown in one crystallizer. One without the use of a shaper on a traditional rectangular seed and four on the seeds calculated according to the above principle with the use of shapers in accordance with the four above-described options. All single crystals are grown by the traditional method of programmed cooling of the mother liquor. The dimensions of the seeds and the sizes of the former are selected so that from the perfect part of each of the single crystals it was possible to make only one blank for an optical element of the same size. In this case, minimum sizes of single crystals were provided for the same size of optical elements. This made it possible to compare the efficiency of using the volume of grown single crystals and analyze their technological features — the presence and quantity of oriented planes (faces) that do not require preliminary technological processing. The use of a shaper made it possible to increase the efficiency of using the volume of a single crystal to 34% compared to 11% for a single crystal grown in the traditional way. Data for comparative analysis are shown in table 1.

Все кристаллы имели характерную для кристаллов группы KDP структуру зоны регенерации затравки и равную ей по высоте характерную зону с повышенным содержанием дислокации, которые в соответствии с предварительным расчетом не попадали в объем изготовленных заготовок оптических элементов. При этом необходимо отметить, что высота зоны регенерации у кристаллов, выращенных на затравках, удлиненных в направлении [010], была значительно меньше и равнялась половине ширины затравки.All crystals had the structure of the seed regeneration zone typical for KDP crystals and equal in height to the characteristic zone with a high dislocation content, which, according to preliminary calculations, did not fall into the volume of the fabricated optical element blanks. It should be noted that the height of the regeneration zone for crystals grown on seeds elongated in the [010] direction was much smaller and equal to half the seed width.

Области кристаллов, находящиеся в непосредственной близости от ограничивающих планок формообразователя, видимых дефектов - трещин и захваченного маточного раствора - не имели. Контроль внутренних механических напряжений методом измерения аномальной двуосности показал их практическое отсутствие. Внешние поверхности монокристаллов, которые в процессе выращивания касались планок формообразователей, были блестящие гладкие и не имеют на поверхности выступов и раковин.The areas of crystals located in the immediate vicinity of the bounding strips of the former, did not have visible defects — cracks and trapped mother liquor. Control of internal mechanical stresses by measuring abnormal biaxiality showed their practical absence. The outer surfaces of single crystals, which during the growth process touched the strips of the former, were shiny smooth and did not have protrusions and shells on the surface.

Таблица 1Table 1 Монокристалл KDP (KH2PO4)KDP single crystal (KH 2 PO 4 ) Объем кристалла (мм3) Vк The volume of the crystal (mm 3 ) V to Объем элемента(ов) (мм3)Vэл Volume of element (s) (mm 3 ) V el Ко-во элементов (шт.)Number of elements (pcs.) Эффект. использов. объема кристаллаVэфф=Vэл/Vк·100%Effect. used crystal volume V eff = V el / V k · 100% Ко-во готовых граней для элемента(ов)Number of finished faces for element (s) Без формообразователя (прототип)Without shaper (prototype) 1816318163 20002000 1one 11%eleven% -- С формообразователем Вариант 1With Shaper Option 1 58595859 20002000 1one 34%34% 4four С формообразователем Вариант 2With Shaper Option 2 1171811718 40004000 22 34%34% 88 С формообразователем Вариант 3With Shaper Option 3 1171811718 40004000 22 34%34% 88 С формообразователем Вариант 4With Shaper Option 4 2343623436 80008000 4four 34%34% 1616

Claims (1)

Способ выращивания монокристаллов группы KDP для нелинейных оптических элементов на прямоугольную затравку соответствующего монокристалла из группы KDP, отличающийся тем, что используют затравку Z-среза, размер которой в направлении [100] определяют одним из меньших размеров (b) апертуры прямоугольного нелинейного оптического элемента, а ее длина (L) в направлении [010] равна сумме проекций высоты (с) и второго (а) большего значения апертуры нелинейного оптического элемента на плоскость (001) и описывается следующей формулой: L=csinθc+acosθc, где θс - угол синхронизма, характерный для каждого из кристаллов группы KDP, размещают ее внутри разъемного формообразователя в виде замкнутой рамки, собранного из отдельных планок, каждую из которых устанавливают в следующей последовательности: на планке основания формообразователя размещают затравку, вертикально указанной планке устанавливают следующую планку, затем относительно нее под углом синхронизма θc устанавливают другую планку, последующую планку относительно предыдущей размещают под углом 90°, замыкающую планку устанавливают перпендикулярно планке основания формообразователя, что обеспечивает заданную форму и размеры выращенного монокристалла в виде заготовки. A method of growing single crystals of the KDP group for nonlinear optical elements onto a rectangular seed of the corresponding single crystal from the KDP group, characterized in that they use a Z-cut seed, the size of which in the [100] direction is determined by one of the smaller sizes (b) of the aperture of the rectangular nonlinear optical element, and its length (L) in the direction [010] is equal to the sum of the projections of the height (s) and the second (a) larger aperture of the nonlinear optical element on the (001) plane and is described by the following formula: L = csinθ c + acosθ c , where θ c - at Synchronicity characteristic of each of the crystals of the KDP group, place it inside the detachable shaper in the form of a closed frame assembled from separate strips, each of which is installed in the following sequence: a seed is placed on the base of the shaper, the next strip is installed vertically, then the next it at an angle θ c synchronism establish another bar, the bar relative to a previous subsequent placed at 90 °, the closing bar mounted perpen ikulyarno strip shaper base that provides a predetermined shape and dimensions of a single crystal grown in a workpiece.
RU2009126893/05A 2009-07-15 2009-07-15 Method of growing kdp group monocrystals on nucleating agent placed in mould RU2398921C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009126893/05A RU2398921C1 (en) 2009-07-15 2009-07-15 Method of growing kdp group monocrystals on nucleating agent placed in mould

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009126893/05A RU2398921C1 (en) 2009-07-15 2009-07-15 Method of growing kdp group monocrystals on nucleating agent placed in mould

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2398921C1 true RU2398921C1 (en) 2010-09-10

Family

ID=42800538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009126893/05A RU2398921C1 (en) 2009-07-15 2009-07-15 Method of growing kdp group monocrystals on nucleating agent placed in mould

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2398921C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110273177A (en) * 2019-04-02 2019-09-24 中国科学院福建物质结构研究所 A kind of method of carrier crystal stand and oriented growth KDP crystalloid
CN110804759A (en) * 2019-10-21 2020-02-18 中国科学院福建物质结构研究所 Crystal carrying frame and KDP crystal growing method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2289806Y (en) * 1996-03-13 1998-09-02 中国科学院福建物质结构研究所 Carrier crystal stand and its seed crystal for potassium dihydrogen phosphate large single crystal growing
RU2280719C2 (en) * 2000-11-09 2006-07-27 Сэн-Гобэн Кристо Э Детектер Monocrystals, method of production of monocrystals by growth in solution and versions of application

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2289806Y (en) * 1996-03-13 1998-09-02 中国科学院福建物质结构研究所 Carrier crystal stand and its seed crystal for potassium dihydrogen phosphate large single crystal growing
RU2280719C2 (en) * 2000-11-09 2006-07-27 Сэн-Гобэн Кристо Э Детектер Monocrystals, method of production of monocrystals by growth in solution and versions of application

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110273177A (en) * 2019-04-02 2019-09-24 中国科学院福建物质结构研究所 A kind of method of carrier crystal stand and oriented growth KDP crystalloid
CN110273177B (en) * 2019-04-02 2021-06-22 中国科学院福建物质结构研究所 A kind of crystal carrier and method for directional growth of KDP type crystal
CN110804759A (en) * 2019-10-21 2020-02-18 中国科学院福建物质结构研究所 Crystal carrying frame and KDP crystal growing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010029741A1 (en) Method for producing silicon wafers and silicon solar cell
US10822715B2 (en) Method for limiting growth of KDP-type crystals with a long seed
RU2398921C1 (en) Method of growing kdp group monocrystals on nucleating agent placed in mould
DE102012102597A1 (en) Process for producing a directionally solidified material body, in particular a metal or semimetal body, and uses thereof
DE69800719T2 (en) LiGa02 single crystal, single crystal substrate and process for their manufacture
US2674520A (en) Apparatus for growing single crystals of quartz
US6929693B2 (en) Single crystals, method for making single crystals by growth in solution and uses
CN2289806Y (en) Carrier crystal stand and its seed crystal for potassium dihydrogen phosphate large single crystal growing
JP5891028B2 (en) Method for producing Ga2O3-based substrate
US2546305A (en) Method of and means for growing crystals
DE102012218229A1 (en) A method of manufacturing a silicon single crystal seed and a silicon wafer, silicon wafer, and silicon solar cell
US3576608A (en) Hydrothermal synthesis of quartz utilizing x-cut seed plate elongated on the crystallographic z axis
DE102022205081A1 (en) Method, substrate, device and their use for the synthesis of flat single-crystalline diamonds
Rizzato et al. About crystal growth of hybrid bromide perovskite single crystals
RU2133307C1 (en) Device for growing profiled crystals from solution
US2558745A (en) Method of selection of oriented seed
CN114193640A (en) Preparation method of <100> monotectic silicon wafer
CN101984152B (en) Compound monohydrate boron ammonium dimalate nonlinear optical crystal and its growth method and application
RU19836U1 (en) CHEESE FOR GROWING QUARTZ SINGLE CRYSTAL (OPTIONS)
RU38470U1 (en) CHEESE FOR GROWING QUARTZ SINGLE CRYSTAL (OPTIONS)
Wang et al. Growth and characterization of KDP and its analogs
JPH06116078A (en) Seed crystal holding device
SU101189A1 (en) The method of making seed for growing crystals of potassium tartrate and the method of growing the last of these seeds
RU2181796C2 (en) Method of growing crystal quartz
RU1732701C (en) Method for production of seed plate

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160716