Главная Продукция
PDF Печать E-mail

Мелкосерийное производство (выращивание) и реализация кристаллов ZnGeP2

 

  • pic1
  • pic2
  • pic3
  • pic4
  • pic5
  • pic6
  • pic7
  • pic8



1. НАЗНАЧЕНИЕ

   Оптические элементы из монокристаллов соединения дифосфида цинка-германия (ZnGeP2) предназначены для  преобразования частоты излучения лазеров среднего ИК диапазона (1,7 – 11 мкм) на основе нелинейных эффектов, возникающих при взаимодействии электромагнитного излучения высокой интенсивности с веществом.
   Оптические элементы из ZnGeP2 могут использоваться как в беспороговых схемах генерации когерентного излучения (получение гармоник, суммарных и разностных частот), так и в системах параметрической генерации оптического излучения, позволяющих при накачке лазерными источниками с длиной волны вблизи 2 мкм  получать перестраиваемое по длинам волн выходное излучение в широком спектральном интервале, перекрывающем диапазон 3 – 10 мкм.

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Материал – монокристалл ZnGeP2
Состав, химическая формула - ZnGeP2 , номинально стехиометрия
Кристаллическая структура – тетрагональная, халькопирит
Точечная группа симметрии -¯42m
Параметры решетки: а = b = 5,467 Å; c = 10,710 Å
Точка плавления [1, 2] – 1027 ± 3  ˚ С
Плотность [1]  –  4,158 г/см3
Микротвердость [2]  – 980 ± 80 кг/мм2
Твердость по Моссу [3] – 5.5

3. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Теплопроводность[2] – 0.18 Вт/(см * К)
Удельная теплоемкость[4]  -  0,392 Дж/(г*К) 
Относительные коэффициенты термического расширения[5], К-1
α = 2,4 •10 -6  ,   α = 3,7 •10 -6





 4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ZnGeP2 относится к положительно двулучепреломляющим (ne >no) одноосным кристаллам.
Полезная область прозрачности 2 - 12 мкм.

4.1.  Показатель преломления (Формула Сельмейера)
В области прозрачности ZnGeP2 показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, измеренные разными авторами, отличаются друг от друга лишь в третьем знаке после запятой. В научной литературе известно несколько аппроксимаций экспериментальных данных формулами Сельмейера:            n2 = A + B*λ2 /(λ2 – C) +D*λ2 /(λ2 –E), однако наилучшее соответствие расчетных и экспериментально полученных значений углов синхронизма для наших кристаллов выполняется при использовании аппроксимации Барнса [6], константы которой приведены в таблице:

Константы
аппроксимации

Обыкновенный луч

Необыкновенный луч

A

4,64467

4,71539

B

5,10087

5,26358

C

0,13656

0,14386

D

4,27777

2,3761

E

1653,89

1000,82

4.2. Двулучепреломление ZnGeP2 - 0,04

4.3. Нелинейная восприимчивость второго порядка [7,8] -  d36= 75±8 пм/В
4.4 Эффективная нелинейная восприимчивость для трехчастотного параметрического взаимодействия [3]:
I тип (ee→0;0→ee) = d36*sin 2θ *cos2φ
II тип (e0→0;0→0e) = d36*sin θ *sin 2φ

4.5. Типичные данные известные из литературных источников по порогу оптического пробоя в зависимости от длительности τ импульсов СО2 лазеров представлен на рисунке

 К основным эксплуатационным характеристикам ZnGeP2 можно отнести следующие:
 - высокий порог оптического пробоя, позволяющий работать с накачкой импульсными источниками высокой интенсивности;
- хорошая теплопроводность, обеспечивающая  возможность работы в условиях высоких уровней мощности излучения, проходящего через кристалл, и устойчивость кристаллов к термоциклированию;
- большие значения величин температурной, угловой и спектральной ширин синхронизма, обеспечивают легкую настройку преобразователей на основе монокристаллов ZnGePна синхронизм и юстировку оптического тракта в целом;
- механическая прочность, позволяющая устойчиво работать в условиях вибраций;
- стойкость кристаллов к условиям повышенной влажности и даже к агрессивным средам.
Совокупность указанных характеристик представляет уникальный набор качеств, делающих нелинейно-оптические преобразователи из монокристаллов ZnGeP2 привлекательными для включения в многочисленные оптические приборы и системы различного назначения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Полупроводники А2В4С52 – под ред. Н.А. Горюновой, Ю.А. Валова – М., Сов. Радио, 1974
2. J.L.Shay and J.H. Wernick  - Ternary chalcopyrite Semiconductors: Growth, Electronic properties and Applications – ed/ by B.R. Pamplin, Pergamon Press, NY, 1975
3. V.G. Dmitriev, G.G. Gurzadyan and Nikogosyan “Handbook of nonlinear Optical Crystals”, 2-nd edition, Springer-Verlag, Berlin, 1995
4. Рекламный проспект INRAD Ltd. (USA)
5. Кожина И.И. – Тепловое расширение ряда соединений  А2В4С52 – Материалы Всесоюзной конференции «Тройные полупроводники и их применение» - Кишинев, Штиинца, 1976, с. 20-21
6. N.P. Barnes et. all – J.Opt.Soc.Am , 1998, v. B15, p. 232
7.  К.Л. Водопьянов, В.Г. Воеводин, А.И. Грибенюков, Л.А. Кулевский – Квантовая электроника, 1987, т. 14, № 9, с. 1815- 1818
8.  P.D.Mason, D.J.Jackson and E.K.Gordon, Optics Comm., v. 110, 163 (1994)